陸迅

(廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530007)

1 引言

云計算高速發(fā)展已經(jīng)成為當前常見的基礎(chǔ)設(shè)施[1]，具有成本低、管理方便、效益高等特點，為各種應(yīng)用程序提供了標準化的支持平臺[2]?；谏鲜鲈?，不同的研究對象都期望云計算平臺能滿足自己數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理等需求，避免自己構(gòu)建環(huán)境所增添的人力、財力、物力的投入。因此，基于云計算環(huán)境，提出一種可行的架構(gòu)部署方案，為他們應(yīng)用云計算搭建研究平臺提供實踐案例，具有重要的研究意義和實踐價值。

虛擬實驗室提供了一系列的數(shù)據(jù)分析工具和工作流平臺，能鏈接到常用的數(shù)據(jù)集；在運行動態(tài)配置前，虛擬實驗室能夠提供具有訪問權(quán)限的可擴展基礎(chǔ)設(shè)施。當虛擬實驗室建立后，研究人員通常根據(jù)需求部署虛擬實驗室[3]。但是，為了使研究人員有良好的平臺，需要構(gòu)建和配置必要的組件。根據(jù)虛擬實驗室的復(fù)雜性，在系統(tǒng)管理、平臺開發(fā)和特定領(lǐng)域應(yīng)用程序設(shè)置方面，這通常是一項跨專業(yè)知識的復(fù)雜任務(wù)。鑒于基礎(chǔ)設(shè)施的局限性和數(shù)據(jù)的限制、避免廠商鎖定和無成本或者資源分配的浪費，云技術(shù)也應(yīng)用到這些機構(gòu)中[4]。

2 部署設(shè)計

從平臺部署的觀點，這帶來了巨大的挑戰(zhàn)，因為平臺需要部署、管理、維護和支持額外的云，從而應(yīng)付任何云提供商之間的差異。因此，設(shè)計可伸縮性、健壯的云計算模型是一個趨勢。

圖1描繪了支持此類模型開發(fā)的核心概念：(a)跨云API層；(b)自動化；(c)可配置“組合”的資源集。這體現(xiàn)了建立一個全球虛擬實驗室需要在自動化平臺的基礎(chǔ)上。

圖1 集成多個云的虛擬實驗室部署

3 基于云計算的虛擬實驗室設(shè)計

3.1 功能需求分析

虛擬實驗室架構(gòu)的選擇需要解決多方面的問題[5]。其中一些決策是一般性架構(gòu)決策，通常情況下僅適用于軟件，而涉及到領(lǐng)域的有些問題通常適用于虛擬實驗室。因此在設(shè)計和開發(fā)虛擬實驗室環(huán)境時，我們列出各種架構(gòu)問題和提供相應(yīng)的解決辦法。例如，虛擬實驗室需要確定用戶所需的自定義級別。如果一個重要的定制是必需的且會影響其他用戶，那么對資源的孤立或個性化訪問優(yōu)于訪問到一個共同的資源池。例如，一個用戶的容量或虛擬機不是預(yù)先部署網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，同時小型工作的規(guī)模通?？梢赃m用于一個單一的的虛擬機，但是大型工作的規(guī)?？赡苄枰粋€可以動態(tài)擴展的架構(gòu)，從而適應(yīng)更多不同的需求[6]。

適當策略的選擇取決于其他幾個因素，包括虛擬實驗室的目的和目標云能力，這是我們重點考慮的問題，具體見表1所示，這些問題沒有統(tǒng)一的答案，但很大程度上依賴于目標虛擬實驗室。根據(jù)特定的實驗室決定什么是可以接受的答案，然后幫助引導(dǎo)無數(shù)的技術(shù)和執(zhí)行有關(guān)的選擇。此外，我們將討論各種計算和數(shù)據(jù)配置，從而適應(yīng)這些策略。

表1 設(shè)計虛擬實驗室時需要考慮的功能性設(shè)計問題

3.2 虛擬實驗室具體設(shè)計

根據(jù)上述問題，我們設(shè)計并提供一個虛擬的實驗室需要結(jié)合各種復(fù)雜的軟件，從而滿足所需的存儲和處理資源需求[7]。虛擬實驗室的預(yù)期用途，有很多選擇使用適當?shù)脑瀑Y源。表2提供了一個計算容量的方法以及每個選項的優(yōu)缺點。

表2 虛擬實驗室配置策略

圖2 實驗室部署流程圖

3.3 虛擬實驗室部署方法

根據(jù)虛擬實驗室的可用資源和要求不同，進行個性化配置，以滿足不同的使用需求。因此，根據(jù)虛擬實驗室的預(yù)期目的，選擇合適的部署模型很重要。本文提供了一種部署模型選擇方法，根據(jù)用戶的需求，確定最終的部署方法，流程如圖2所示。

(1)集中管理的資源是一個虛擬實驗室，它是社區(qū)的公共服務(wù)。通?？梢宰鳛橐粋€門戶網(wǎng)站，這個虛擬實驗室從用戶需要很少或沒有，設(shè)置并且允許用戶隨時利用虛擬實驗室所提供的資源。

(2)獨立的圖像代表一個功能的完整版本虛擬實驗室的小包裝。用戶需要對云提供商進行適當?shù)脑L問。該圖像是可用的，必須親自推出虛擬實驗室的實例；各種發(fā)射器應(yīng)用程序可以使它成為一個簡單的過程。

(3)持久的短時間可伸縮集群

是虛擬實驗室圖像的動態(tài)可伸縮版本，且有更多的服務(wù)來處理基礎(chǔ)設(shè)施縮放比例。這些服務(wù)用于提供虛擬集群，在運行時利用云用于縮放的提供者服務(wù)。

(4)可伸縮集群具有相同的一個短暫集群的特征以及升級運行服務(wù)的能力。升級通常由集群管理軟件進行處理。

除了硬件和功能要求之外，建立虛擬實驗室還有其他管理的技術(shù)和管理決策方面影響其部署。使用虛擬實驗室的主要吸引力之一是交付給用戶高級的軟件即服務(wù)。其作用是部署的服務(wù)提供的功能發(fā)揮作用。

4 小結(jié)

隨著云計算基礎(chǔ)設(shè)施的日益增長，虛擬實驗室的概念能夠執(zhí)行開放式數(shù)據(jù)的復(fù)合平臺分析，其將成為一個普遍使用的云資源平臺。實驗室的技術(shù)和管理決策在可行方案之間更有效，更有利于管理。未來人們期望虛擬實驗室將繼續(xù)朝著更多方向發(fā)展，比如快速集成的快速部署系統(tǒng)能夠使用用戶訪問數(shù)據(jù)。容量、自動化解決方案和服務(wù)器的運行平臺也是未來的關(guān)鍵技術(shù)，為虛擬實驗室奠定了發(fā)展方向。