高校私有云计算资源分配策略的改进

陈王盛

(华侨大学,福建 泉州 362021)

0 引言

基于虚拟化技术构建的私有云因其在可用性、可管理性、能效等方面的优势,已经成为高校的一种新型基础设施,为数字化校园向智慧化演进提供了强有力的支撑[1]。

高校的私有云因其规模受限,供需矛盾一直存在,如何科学合理地制定云计算资源(以下简称“资源”)分配策略并落地实施,是实现高效、低耗的私有云运营目标的关键。私有云与公有云的规模及所面对的应用环境大不相同,供需差异显著,故公有云的运维管理技术和经验对私有云来说可参考性不高。因此,高校私有云的运维管理单位要根据本校实际探索行之有效的资源分配策略,并根据实施效果不断对其进行迭代优化,以实现更有效的云资源闭环管理。

根据有关文献及已知的高校实际情况来看,当前很多高校由于各种原因对私有云采用的都是静态分配策略[2-6],该策略的实施主要是负责接收申请、配给及回收资源,对已分配资源的利用情况关注度不够,缺乏有效的闭环管理,能效难以提升,故而对分配策略加以改进就很有必要。

1 高校私有云运维管理的有利因素

公有云所面对的用户及其业务需求复杂多变,因此一般采用资源储备的方式以及时响应用户的无序需求。私有云的情况则正相反,它面对的只是校内用户单位这个单一群体,服务对象很明确。

私有云的运维管理可以依据高校的数字化校园发展建设规划,其建维单位多据此同步或适度超前做出计划,实现对资源分配策略的制定和实施。

2 资源分配策略

2.1 资源分配的主要考量

资源主要包括算力类(包括CPU和GPU)、内存类、存储类、通信类等几类,不同信息系统对各类资源的需求配比不尽相同。有的系统(如用于研究方面的仿真模拟设计等)计算量大,就需要相对更多的算力和内存资源;有的系统(如用于文件存储的网盘等)I/O频繁、流量大,就需要相对更多的通信带宽资源;有的系统(如数据仓库、网盘等)需要持续保存海量数据,就需要相对更多的存储资源;而有的系统对各类云资源的需求相对均衡。可见,在给各信息系统配给云资源时要根据其业务内容按需进行适当配比。

另外,云部署的信息系统在其运营期间的业务量可能随时间而发生波动,对资源的需求也因之可能产生波动。再者,伴随着系统业务不断扩大及数据的累积,其对资源的需求也会不断递增。

高校常见的一些信息系统,如学生口的迎新离校、教师口的招聘考核等,这些系统在运营期间会出现明显的周期性业务波动。另外,一些信息系统,如学工、研工、公文、人事、科研以及财务等,这些系统在运营期间不会表现出明显的周期性业务波动。这样,按照各信息系统的业务波动特性,云资源的运维单位也要及时对其进行资源调配,以满足其业务需求。

综上所述,在分配云资源时的主要考量就在于各信息系统的业务内容及其波动特性,不仅要满足还要适配,以实现高效和低耗的云资源运维管理目标。

2.2 静态分配策略的主要不足

当信息系统因业务波动而产生资源需求变化时,云运维管理机制要及时给予响应,根据资源情况进行合理调配。但目前所实行的静态分配策略无法适应实时调整,容易导致分配过多资源给信息系统,造成资源空占、效能低下的不良局面。如图1所示某一信息系统在一个业务周期内对云计算资源的实际需求与实际分配(均以百分比表示)的情况,直观显示了静态分配策略容易产生的过量资源分配问题。

3 动态分配实施策略

3.1 动态调整机制

所谓动态调整机制就是要在信息系统的业务谷峰发生转变之前,选择一个恰当的时机,及时对其资源进行调配以满足需求。从本质上讲,动态分配策略是根据信息系统实际业务需求分阶段实施静态分配策略的办法。

3.2 动态分配实施策略

动态分配实施策略的首要工作就是必须先确定高校各信息系统的业务波动时间节点及其相应的资源变化量,以补充完善在静态分配策略中可能缺失的这部分工作。通过跟踪记录各信息系统业务周期内不同时期对现有资源的实际利用情况,经简单分析计算即可确定其在业务高峰及低谷期对应的实际资源需求量,形成信息系统资源需求,如表1所示。这项准备工作虽然较为烦琐,但各高校在这方面都有相应的经验和积累。

表1 信息系统资源需求

当各系统的信息齐备后,接下来的工作建议按照起始时间及结束时间的先后分别对表进行排序,生成2张有序表作为动态分配策略的操作依据,然后在信息系统的业务高峰时间节点前据以调高其资源,而在业务低谷时间节点后据以回调。需要注意的是,因实施时可能涉及信息系统的临时下线或恢复,需相关运维单位予以配合。对于没有明显业务波动的信息系统同样可据此表将其资源需求与配给进一步适配,以实现动态分配策略在资源管理上的全面实施,进一步缓解资源的供需矛盾。如果有相关厂商的自动化软件工具可用(一般需要付费购置),如VMware的vSphere DRS等[7-10],实施工作会更简单高效。

这样,经过几个业务周期的动态调整后,绝大部分信息系统的资源供需将达到较高程度的适配,而效能提升数据则要通过对2种分配实施策略下的资源利用情况进行计算比较得出。如表2所示对不同策略下示例信息系统一个业务周期(12个月)的各类资源占用率及时长进行了比较,各百分比数据是以静态分配策略下最高资源占用率为基准(100%)。

表2 示例信息系统资源占用

信息系统一个业务周期的平均资源占用率计算公式为:

常规的能效计算因为涉及能源等实际用量计量操作,难度较大且无法对云上各信息系统进行单独测量,而平均资源占用率直接体现了信息系统的资源耗用情况,能间接反映能耗情况,因此信息系统的资源利用能效计算和比较采用这一指标。

按照上述给定公式,由表2可算得该系统的平均资源占用率静态策略是4,动态策略约为2.92。与静态策略相比,动态策略的平均资源占用率减少了27%(即(4-2.92)/4),平均资源占用明显减少,资源应用效能可获得有效的提升。

若云运维单位各相关业务系统均按照改进后的资源分配策略予以实施,则能显著提升资源管理效能。

4 结语

综上所述,高校私有云计算应用的有序特点为资源分配策略的制定提供了有利条件。理清高校信息系统的业务与云计算资源的供需关系后,就可以将不完善的资源分配静态实施策略调整改进为动态分配实施策略,由此有效改善相关信息系统的资源多耗状态,显著提升资源应用能效,符合高校云计算运维单位提高管理效能的实际需求。今后,如有条件对云平台进行升级改造,上述策略仍然可以结合自动化管理手段参照实施。