内容发布更新时间 : 2024/5/22 13:28:33星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
云计算环境中虚拟机性能评测工具的研究与设计
作者：冯运辉 兰雨晴
来源：《信息安全与技术》2012年第11期
【摘要】 介绍了云计算环境中服务器的部署方式及优缺点，总结了传统的服务器性能评测工具的特点，特别是对于云计算场景下的服务器测试方面的不足及存在的问题。基于此，分析了云计算环境中虚拟机性能测试的需求，并提出了虚拟机性能评测方法，主要针对性能评测工具的功能及关键问题进行了比较全面合理的方案设计。
【关键词】 云计算；虚拟机；性能评测；多虚拟机；评测工具 【中国分类号】 TP311 【文献标识码】 A 0 引言
近年来，随着计算机硬件和信息技术的迅速发展，云计算的技术及理念不断成熟和深入人心，成为计算机领域的研究热点，其作为一种全新的商业服务模式在信息处理和使用领域展现出巨大优势。云计算环境的数据中心由很多真实的服务器集中在一起，组成一个可扩展、高可用和高可靠的资源池，通过虚拟化技术屏蔽了底层复杂的物理环境，使用负载均衡机制将大量的并发访问或数据流量分配到多台虚拟服务器上进行处理。用户根据需要获得相应的服务资源，例如传统的网站服务、邮箱服务、数据库服务，以及各种搜索、地图等应用的服务。在云计算环境中，硬件包括服务器及网络设备不再以单个的个体而存在，而是集成在一起组成虚拟化架构体系。传统操作系统的性能评测工具虽然在一定程度上反映了虚拟机的某方面性能，但是已经不能满足云计算环境中多虚拟机同时运行时的性能评测需求。本文选取了云计算环境中典型的服务，提出面向云计算环境的虚拟机性能评测方案，以实现对虚拟机服务器的综合性能评价。
1 服务器部署方案
将多种服务部署到物理服务器上，首先想到的方案是将多个服务直接部署在一台高性能物理服务器上，即在一台物理服务器上部署多种服务，优点是资源利用率高，开销小，但是这种部署方式安全性、可靠性差，一旦受到外部攻击或遇到系统内部故障，将导致所有服务瘫痪。为了避免不同服务器之间的相互影响、相互干扰，另一种解决方案就是把一个服务只部署在一台物理服务器上，为不同的服务准备独立的物理服务器，这种部署方式的优点是可靠性高，安全性好，一台服务器受到外部攻击或发生故障，不影响其他服务的正常工作，但是IT企业需
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
要购买更多的服务器，需要更多放置服务器的空间和相应的环境控制设备，以及由此导致的能源消耗使得成本巨大。而且，大多服务器的CPU计算能力、存储空间等资源没有得到充分利用，硬件利用率低下。
如何解决安全可靠与成本之间的矛盾呢？随着虚拟机技术的发展成熟，出现了服务器整合的服务部署方案。服务器整合是虚拟化技术在云计算环境中的一个典型应用，就是在一台物理服务器或一套硬件资源上虚拟出多个虚拟机，让不同的服务运行在不同的虚拟机上。服务器整合前后的场景对比如图1所示。
服务器整合方式通过虚拟化技术将实现不同服务的虚拟机建立在同一物理服务器之上，在提高了硬件利用率、减少成本开销的同时，还保证了系统的安全性和可扩展性。该部署方案优势明显，是各云计算服务提供商普遍采用的方式。目前很多公司提供了比较成熟的虚拟化解决方案，如Citrix公司的Xen，IBM公司的PowerVM、zVM，Microsoft公司的Virtual PC、Vitual Server和Hyper-V以及VMware公司的VMware Server、VMware Workstation等。 2 当前虚拟机性能评测的问题
服务器的整合带来的优势显而易见，也是云计算环境的一个新的场景。虚拟化作为能充分利用服务器性能的技术得到业界的一致认可，但是如何衡量虚拟服务器的综合性能却是一个问题。多个虚拟机共同部署在同一物理服务器上，共同分享物理服务器的资源，理论上相互间独立，但是当各虚拟机上的负载压力相差比较大时，会对虚拟机系统的性能产生一定影响。传统的服务器性能评测工具很多，例如来自于标准性能评测公司的SPECcpu、SPECweb、SPECjbb/SPECAppServer、SPECmail、SPEC MPI等就是分别针对处理器、Web服务器、Java应用、邮件服务器和高性能计算的基准测试项目，类似的工具还有LMbench、Vbench、Unixbench、Netperf、IOzone等，但这些基准测试工具仅侧重于对系统性能的一个或少数几个侧面的监测和分析，缺乏综合性的性能监测手段，不能获得服务器上同时支持多个工作负载时服务器的综合性能。所以，如何评测云计算环境中虚拟机系统的性能，量化服务质量，以便查找系统部署的问题和资源瓶颈，成为当前测试方面的一个研究热点。
一些主流的虚拟化厂商和组织针对新的场景进行了研究和开发，目前来说这方面的工具主要有vConsolidate、VMmark和SPECvirt。这些工具都不是开源的工具，购买价格昂贵，不能根据实际情况进行扩展或剪裁。VMmark和vConsolidate都依赖于一个针对邮件服务器的，叫做LoadSim 的基准测试程序，这个基准测试程序只能配合Microsoft公司的Exchange Server 使用，vConsolidate目前是在Intel内部使用，VMmark测试对象仅为VMware公司的虚拟化管理产品，这些工具的应用存在一定的局限。 3 云计算环境虚拟机性能评测工具设计方案
面向云计算的虚拟机性能评测需要综合考虑计算机软硬件、虚拟化方案以及云计算环境中的一些特殊应用场合（例如服务器整合、动态迁移等），有针对性地开发自动化测试框架和基
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
准测试程序。实现虚拟机性能评测工具的任务是通过与用户直接交互，实现基准测试程序、测试过程及测试结果的管理维护，为用户提供一个简单直观、方便操作的测试工具，以便对计算机硬件、软件以及虚拟机管理软件的综合性能做出评价，找出系统瓶颈以进行系统调优。 3.1 测试场景及功能需求
在进行服务器性能测试时，通常的做法是在一台或多台客户机上运行基准测试程序，模拟虚拟用户向服务器发送请求得到测试数据，但是面向云计算环境要测试的虚拟机数量比较多，如果为每个虚拟机增加额外的计算机运行基准测试程序将会使得整个测试场景中客户计算机过多，不便于统一维护管理。所以本工具将各基准测试程序部署在虚拟机服务器上运行，虽然基准测试程序的运行占用了一定的系统资源，但是系统的综合评价是通过不同配置的差异比较得出的，由于基准测试程序占用的系统资源基本一致，所以不会影响不同的被测虚拟机服务器综合性能的比较。因此，整个测试系统只需要由两台计算机组成：一台为测试管理计算机和一台虚拟服务器计算机。虚拟服务器的配置要求较高，需要能够在其上通过虚拟化管理软件创建多台虚拟机，并安装需要的服务器软件。
本工具选取了云计算环境中最典型的五类服务器作为测试对象，分别为Web服务器、数据库服务器、邮件服务器、应用服务器和空闲服务器，由于空闲服务器不提供服务，只是为了模拟云计算环境中的服务器整场的真实场景，不需要基准测试程序。系统测试场景布局如图2所示。
测试管理计算机负责与用户交互，主要包括搭建测试环境、配置测试方案、部署基准测试程序、驱动测试执行、监控测试状态和处理测试结果等工作。虚拟机性能评测工具的用例图如图3所示。
用户主要通过对测试管理计算机的操作完成虚拟机的整个测试过程，通过分析该系统用例图，明确该工具应具有如下功能。 1） 配置测试方案
即测试用例可以根据各种测试环境（包括硬件环境和软件环境）灵活调整，由于用户对于虚拟机产品的性能指标（并发用户数、响应时间、出错率等）要求不同，就导致了测试方案的不同，所以一个基本的需求就是要针对不用的用户要求配置不同的测试方案，根据不同的测试环境设置适合的参数。 2） 部署基准测试程序
在开始测试之前，需要将测试管理计算机上的基准测试程序发送部署到被测系统的相应虚拟机上，以完成测试方案的部署；在测试过程中，提供不同服务的不同虚拟机需要执行各自的的基准测试程序。该功能的提出主要是应对这样一种场景，在多虚拟机服务器测试时，通过测