1、 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目：基于云计算平台的图签管理系统 2目 录摘 要 .4Abstract .5第一章 绪 论 61.1 背景及意义 61.1.1. 论题背景 61.1.2. 论题意义 61.2 现状分析 71.3 课题研究内容 81.3.1. 研究内容 81.3.2. 术语表 81.4 论文结构 9第二章 系统概述与相关技术简介 102.1 系统架构与运行环境 102.1.1. 系统架构与框架 102.1.2. 系统环境 102.2 云计算 102.2.1. 云计算的定义 102.2.2. 云计算的服务类型 112.2.3. 云计算的特点 122.3 虚拟化技术 132
2、.3.1. 服务器虚拟化技术 132.3.2. 存储虚拟化技术 152.3.3. 网络虚拟化技术 162.4 其它相关技术简介 182.4.1. 图片社交应用相关技术 182.4.2. ASP.Net MVC 192.4.3. 单点登录 202.5 本章小结 21第三章 需求分析 223.1 产品需求分析 223.1.1. 用户需求分析 223.1.2. 竞品分析 2333.2 系统功能性需求 253.3 云平台使用需求 303.3.1. 云平台使用优势分析 313.3.2. 云平台选择方案分析 323.4 系统非功能性需求 323.5 云计算管理平台需求 333.6 本章小结 35第四章 系
3、统设计 364.1 系统部署图 364.2 系统架构图 364 374.3 总体结构设计 374.2.1. 图签制作模块设计 384.2.2. 图签管理模块设计 394.2.3. 社交模块设计 404.4 单点登录 404.4.1. 用户权限管理模型设计 414.4.2. 认证登录模块设计 424.5 本章小结 43第五章 系统实现 445.1 功能模块 445.1.1. 图签制作模块 445 445.1.2. 图签管理模块 485.1.3. 社交模块 505.1.4. 单点登录管理模块 525.2 云端部署管理 555.3 本章小结 60第六章 系统测试 616.1 测试计划 616.2 测
4、试用例 626.3 性能测试 666.4 本章小结 67总结与展望 .68参考文献 .69致谢 .714摘 要随着社交网络的普及，Instagram、Pinterest、花瓣、图钉等国内外图片社交应用都在一定程度上解决了用户的社交需求。通过用户访谈法调研得知：以青年女性为主体的用户群体具有将多张图片经美化和创意编辑后分享到社交网络的需求。深入分析调研结果可知：用户的根本需求是希望获得一个可以强化图片故事性特征的工具，和一个带有故事性特征图片的社交分享平台。这一需求是目前市场上其它社交应用所不能满足的。为此，本文基于 UCloud 云计算平台实现了一个图签管理系统。该系统实现了图签制作、图签管理
5、以及图片社交分享等功能，可以满足用户的功能性需求。由于系统采用瀑布流式的图片浏览交互方式，对服务器响应速度要求高；此外，系统还具有海量图片存储，高用户访问量弹性，以及系统安全性和系统可靠性要求高等特点。因此，我们需要基于云计算平台实现该系统，以有效解决上述问题。通过对云平台的部署管理、租用成本、安全性及稳定性等方面对市面上已有的云计算平台进行系统评估，最终确定使用 UCloud 云计算平台。本系统采用了 UML2.0 建模技术，进行面向对象的系统分析和设计；使用 C#编程语言，ASP.Net MVC3.0 框架和 MySql5.5 数据库设计并实现。并且详细说明了系统的各个构件在云平台上的分层
6、结构，讨论了云计算平台相关的关键设计和实现方面的技术问题。最后简述了云平台的部署管理和维护问题，采用黑盒测试法对系统各模块的功能进行测试。关键词：社交网络；云计算平台；图片社交；图签管理5AbstractWith the popularity of social network Service, applications in the domestic and abroad satisfied well with users social needs, such as Instagram, Pinterest, petal, pushpin and so on. We had done a r
7、esearch about the young womens social needs, using the user-interview method. The results showed that they desire to splice a group of processed pictures together and share them to the social network platform. After the analysis of the results, we found that they indeed needs a tool to splice figure
8、d pictures together to be a storied mosaic and share it to the mosaic social network platform. The social need isnt satisfied by such above-mentioned applications. To satisfied with users such needs, we developed the mosaic management system based on UCloud cloud computing platform. The system reali
9、zes the mosaic making function, mosaic management function, and mosaic sharing function to meet users functional requirements. The system uses a waterfall streaming images browse, so that high speed requirements for server response are needed. Besides, the system also has a massive image to be stora
10、ged and high elasticity user visits as well as the security reliability of the system are highly required. So that we need to use the cloud computing platform to solve the problems above. After an assessment of cloud computing platforms on the aspect of deployment management, leasing costs, security
11、 and stability, we chosed the UCloud cloud computing platform.The system uses an UML2.0 modeling techniques and uses object-oriented method to analysis and design. And uses the C# programming language and ASP.Net MVC3.0 framework, using MySql5.5 database. Made a detailed description of the hierarchi
12、cal structure of each component system platform in the cloud computing platform and descripted the technical issues related to the design and implementation of key aspects. Finally, I made a brief introduction of cloud platform deployment management and maintenance issues, I used the black-box testi
13、ng method to test the functional of each module system.Keyword: Social Network Service, cloud computing platform, intercourse with pictures, mosaic management6第一章 绪 论1.1背景及意义1.1.1. 论题背景随着互联网和移动互联网的出现，人们的社交不只局限于传统的通讯工具，而是逐渐形成以互联网为媒介的社交网络（SNS，Social Network Service） ，其发展趋势和动向一直得到社会各界的广泛关注和重视。社交网络不止是传统
14、通讯工具的延伸，而是一种全新的交流方式。美国哈佛大学心理学教授米尔格拉姆(Stan-ley Milgram)提出的六度空间理论(Six Degrees of Separation，任何两个陌生人之间所间隔的人不会超过 6 个人)为社交网络的发展提供了理论依据。人们通过社交网络，可以在用户个体间形成灵活的互动关系，在维系人脉的同时获得知识和快乐，逐渐形成以某些特定关系作为维系纽带的虚拟群体。根据中国互联网络信息中心(CNNIC)发布的报告显示，截至 2012 年 12 月底，中国网民规模超过 5.64 亿人，全年新增网民人数达 5090 万。其中手机网民的规模高达4.20 亿，占总体网民的 74
15、.5。使用手机进行社交的用户年增长率为 35.7，亨利布洛格特（Henry Blodget）发布的报告移动互联网的未来的统计数据就证明了这一观点：中国的微信全球注册已达 6 亿人次，月活跃用户也超过 3 亿，而国外移动社交应用 WhatsApp 拥有 4.5 亿用户，每天新增 100 万全球注册用户，Line 月活跃用户超过 2 亿，国内数量巨大的互联网和移动互联网用户群体是中国社交网络发展的基础，也为社交网络的普及和繁荣创造了良好条件。1.1.2. 论题意义目前我国移动社交网络多以现实的人际关系为基础，现实关系与虚拟关系相互交织，在性别、种族、年龄、教育、经历、工作性质等方面具有广泛性，并且
16、受国内网络环境和国人心理特点影响，具有易从众、易疲劳、易流失的特点。如今的社交网络已经不仅仅是人们娱乐交友工具，也逐渐向新闻媒体和电子商务领域渗透，用户在社交方面任何细微的需求的满足，都具有重要的社会意义和研究价值。图签管理系统从用户渴望分享自己的“故事”这一心理状态作为切入点，使用编辑过的组图作为社交载体，搭建社区平台。用户将图片编辑衔接，以组图的方式分享到图签管理系统的社交平台或者其它社交平台，呈现给其他用户。通过图片传递出作者想要表述的内心情感和态度，从而帮助用户消除心理负担，降低社交中人与人间交流的难度。以用户强化图片故事性特征和用户自主编辑和创意发挥的需求为目标，充分考虑国内用户的使
17、用习惯和特点，趋利避害，开发出吸引用户、体验良好的产品，7实现产品社会价值，未来具有良好的拓展空间和商业价值。对于与图签管理系统类似的社交平台来说，提供快速稳定的服务是保证用户体验的前提，这主要是由系统架构及服务器性能两方面决定的。采用 MVC 架构模式可以有效解决由系统架构缺陷带来的性能问题，客户端负责逻辑功能，服务器端负责数据存储；而服务器性能方面可以使用与云计算平台结合的方案，可有效解决数据存储的性能问题，同时也能解决数据同步、并发响应、数据安全、服务器稳定性、IO 性能、软硬件环境适配等方面的问题。研究社交网络与云计算平台结合的设计方案，对于初创团队或小型企业的风险评估和成本控制有重要
18、意义。1.2现状分析马斯洛提出：人的需求有一个从低级向高级发展的过程，这在某种程度上是符合人类需求发展的一般规律的，一个人从出生到成年，其需要的发展过程，基本上是按照马斯洛提出的需要层次进行的，而 25-34 岁的人群是中国移动互联网用户的主力军，占比接近五成，处于这一年龄段人群多是刚刚走出校园踏入社会的青年，在人类需求发展过程中多处于金字塔第二、三层次，对全球范围的互联网用户来说，社交需求大而迫切。研究表明，纯文字媒介在内容展示的丰富性上存在先天性不足，难以满足主体用户青年人群展示自我、了解他人的需求；人们在相同时间内通过影音三类媒介获取的信息量最大，图片次之，文字最少，在信息爆炸的时代，提
19、高用户获取信息的效率是社交应用开发者需要重点解决的问题。但由于现代通信技术依然具有较大的局限性，例如：影音媒介对设备性能要求和网络带宽要求高，极大增加了用户获取信息的成本，现阶段难以大规模普及，除此之外，人们日常接收的信息约有 70%通过视觉渠道获取，大量影音信息会在一定程度上影响用户体验。因此，经用户调研统计，图文结合类社交是当前技术条件下最能满足用户需求的社交形式。图片社交在其发展过程中逐渐体现出较为明显的模式特征，大致可分为图片+强关系模式（如：微信朋友圈） 、图片+弱关系模式（如：Pinterest、Instagram ）以及图片+关系+LBS 模式（如：图钉） 。不同的图片社交模式具
20、有不同的特点及优势，而提供一个可以强化图片故事性特征的工具，和一个能提供充足的自主编辑和创意发挥空间的社交平台，本质是提供 UGC（User Generated Content）发布与获取渠道，既适合使用图片+弱关系模式积累丰富内容，例如 Instagram 最初就是为摄影爱好者这一特殊用户群体提供社交平台，促使一群有共同兴趣爱好和需求的用户聚拢，构成独立社交网络；另外，图片社交应用需要充分着眼于解决用户最迫切的需求，保持产品的简洁性与差异化，突出核心竞争力，Instagram 在普通用户逐渐涌入时并未转型做综合性功能开发，而是专注于用户基本需求，将拍摄、美化、分享和评论功能做到极致，积累了品
21、牌影响力和吸引力。8随着移动互联网的发展，社交得以不受时空限制，实现了随时随地社交，各类移动社交软件也逐渐兴起，如目前国外流行的Instagram、Path 、Snapchat、Pinterest、Whisper、Secret 等，国内的微信朋友圈、Weico+、啪啪、图钉、花瓣等，它们都在一定程度上满足了部分用户特定的社交需求，但都不属于可以强化图片故事性特征的工具，也未能提供充足的自主编辑和创意发挥空间的社交平台。1.3课题研究内容研究内容本文从目标用户群的强化图片故事性特征和发挥创造力进行自主编辑的需求出发，对图签管理系统的产品需求进行分析，设计系统并提出与云计算平台结合的方案。采用 M
22、VC 设计模式、ASP.NET 框架设计并实现图签管理系统的 PC 端图片处理和存储模块。深入研究图片社交应用在云计算平台的部署方式、存储原理和动态资源调度机制，进而从部署管理、租用成本、安全性及稳定性风险控制等方面权衡分析，提出云计算平台风险评估与成本控制参考标准，以 UCloud 云平台为例介绍系统部署方案并对方案选择标准进行评估。本系统的部署图如下图 1-1 所示：客 户 端 云 服 务 器Windows操 作 系 统 浏 览 器iOS设 备Android设 备Ucloud负 载 均 衡 服 务 器Ucloud应 用 服 务 器Ucloud数 据 库 服 务 器图 1-1 系统部署图1.
23、3.2. 术语表表 1-1 术语表术语名 英文名 说明访谈法 User interviews 通过访员和受访人面对面地交谈来了解受访人的心理和行为的心理学基本研究方法虚拟化 virtualization指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机，在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响ASP.NET Active Server 动态服务器网页设计，一种使嵌入网页中的脚本可由因特网服务9MVC Pages .net MVC 器执行的服务器端脚本技术可用性 Usability 交互式 IT 产品/系统的重要质
24、量指标，产品对用户来说少错和令人满意的程度并发 Parallel execute 可以使用多个线程或者多个进程同时处理不同的操作负载均衡 Load Balancing 将负载（工作任务）进行平衡、分摊到多个操作单元上进行执行资源调度 Scheduling of resources 指在特定的资源环境下，根据一定的资源使用规则，在不同的资源使用者之间进行资源调整的过程。RBAC Role-Based Access Control 基于角色的访问控制，权限与角色相关联，用户通过成为适当角色的成员而得到这些角色的权限，极大地简化了权限的管理。1.4论文结构本论文各章节的主要内容：第一章：绪论，包括社
25、交应用的理论基础和原理，图片社交应用的发展背景和发展现状，研究图签管理系统解决用户需求问题以及对图片社交应用发展的价值，概述了论文的关键术语。第二章：系统概述与相关技术简介，介绍系统架构、云计算以及虚拟化技术等技术重点与难点，描述了图片社交应用的技术背景及系统的开发运行环境，介绍使用ASP.NET MVC 和单点登录等技术。第三章：图签管理系统的需求分析，对从用户需求分析总结提炼出系统功能性需求进行描述，得到需求用例；后介绍系统安全性、稳定性等非功能性需求，并详细描述了云计算管理平台的各项需求。第四章：对图签管理系统进行设计，介绍系统的 ASP.NET MVC 架构，从服务器、存储和网络方面描
26、述了云平台的虚拟化设计方案。第五章：系统实现，详细展示并介绍系统界面，针对各个功能模块，结合图表展示系统具体实现方案，简述 UCloud 云平台部署方案，并针对系统权限管理模块进行详细描述。第六章：系统测试，对实现好的图签管理系统进行系统功能测试，得出测试结论。第七章：展望与总结。10第二章 系统概述与相关技术简介系统架构与运行环境系统架构与框架图签管理系统采用 B/S 架构。其中 B 指的是 Browser，即浏览器；S 指的是Server，即服务器。采用这种架构模式可以让用户通过 PC 客户端的浏览器直接访问工作界面，而负责业务逻辑处理功能在服务器端实现，这样对用户来说有以下几方面好处：1
27、）可以极大缓解客户端的处理负荷，减少维护的复杂程度，降低系统维护成本；2）将业务逻辑部分放在服务器端实现可以方便用户跨平台访问，确保用户在不同时间地点和不同设备访问服务器时，都能获得实时同步的数据；3）有效控制数据的访问权限，确保服务器和数据库的安全性。2.1.2. 系统环境1）系统服务器端采用的云主机和客户端访问系统所需的硬件环境如下所示：表 2-1 硬件环境需求表服务器端 客户端处理器 2 核 32 位或 64 位内存 4G 512MB硬盘 Linux（20G）Windows（40G ）数据盘（20G）40G网络配置 2Mbps 10M 宽带以上2）系统服务器端和客户端所需要的软件环境如下
28、所示：表 2-2 软件环境需求表服务器端 客户端操作系统 Linux/Windows Windows XP/Win7/Win8网络协议 TCP/IP 协议 TCP/IP 协议Web 服务器 UCloud 云服务器数据库 MySQL浏览器 IE6.0 以上 IE6.0 以上2.2云计算云计算的定义云计算（Cloud Computing）是一种分布式的计算技术，是基于互联网相关服务的增加、使用和交付模式，美国国家标准与技术研究院（NIST ）给出云计算的定义：云11计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络，服务器，存储，应用
29、软件，服务） ，这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，与服务供应商进行很少的交互即可实现。人们可以使用云来获取个性化的体验，通过互联网获取虚拟化资源，通常使用浏览器或其它 Web 服务访问，在云服务器端存储用户数据。云计算是互联网上的异构、自治的服务，具有动态的、易扩展的、虚拟化的资源，它为个人和企业用户提供按需即取的计算方式，人们对未来计算模式的设想就采用计算服务模式，在用户需要时提供服务，将计算变成像水、电、煤气和电话等公用设施一样更商品化的实用工具。用户不再需要投入大量金钱或维护自己的计算能力和基础设施，并且不受特定计算服务提供商的限制，采用云平台可以使他们只支付使用费用就能随
30、时获得专业的计算服务提供商的服务。2.2.2. 云计算的服务类型与传统的“硬件” 、 “平台” 、 “软件”三类相对应，云计算的服务可以分为IaaS、 PaaS、SaaS 三类，它们都有着 IT 服务化的典型特征，将传统 IT 产品的计算能力通过网络来为用户提供服务。1）IaaSIaaS 是 Infrastructure as a Service 的简称，中文全称是基础设施即服务。它是基于传统的 IT 基础设施提供的计算服务、网络服务以及存储服务，提供存储技术的系统可以是分布式或共享式存储系统。将基础设施作为服务进行出租，将计算能力、存储、I/O、内存等能力集中，对每个用户来说如同创建了虚拟资
31、源池一样。其中，计算服务既有代表传统服务器的弹性虚拟机服务，又有代表传统并行计算集群的分布式计算能力服务；而存储服务中既包含了数据库存储能力，也包含对文件系统的对象存储能力。2）PaaSPaaS 是 Platform as a Service 的简称，中文全称是平台即服务。将开放给第三方的应用开发与运行托管平台作为服务提供给用户使用，例如 Google 的 App Engine，提供开发环境让 SaaS 供应商在线开发软件，可以通过中间商提供的设备开发程序，让用户通过互联网访问和使用。3）SaaSSaaS 是 Software as a Service 的简称，中文全称是软件即服务。SaaS
32、主要包含办公软件的服务和管理软件的服务，例如谷歌的 App（ Google Calendar 及 Google Docs 等） 、Office 软件服务、 Salesforce 的客户关系管理服务等。很多方案中，SaaS 多数是基于PaaS 开发的应用程序。12IaaS、PaaS 和 SaaS 都是基于传统的服务器和存储系统开发的，在这些硬件的基础上通过一些特定的软件开发技术实现重新架构，形成一定的视图和资源型态，给用户提供不同层次的服务形式。云计算按类型可分为公有云、私有云和混合云三类：1）公有云：公有云顾名思义就是面向普通大众提供的云计算服务，绝大部分的公司提供的都是公有云服务，通过 We
33、b 浏览器和互联网获取服务，具有良好的规模共享经济性和较好的可扩展性。但公有云也有一定的局限性，例如在安全方面可靠性不足，通过互联网访问带来的性能问题以及系统集成能力差等问题。2）私有云：私有云的主要对象是企业内部用户，用户一般使用内部网络来访问私有云，获得相应的服务。一般而言私有云的提供成本较高，可扩展性也受到了限制，但私有云能很好的解决公有云的不足，用户体验良好。3）混合云：混合云将公有云和私有云的优点相结合，对企业用户来说将数据保存在企业内部，维持系统原有的应用模式，与此同时将企业内部资源池化，满足企业对安全性和经济性的双重需求。2.2.3. 云计算的特点业界对云计算并没有一个明确的定义
34、，对云的理解也并不完全相同，总体来说云计算的“云”具有以下两方面的特点：一方面， “云”的基础是互联网，即云是基于互联网而存在、通过互联网来使用的，它具有互联网的许多特点：1）通过注册/登录使用，可以随时随地在互联网终端登入。2）用户不需要特殊的专业知识与技能训练即可使用，根据用户需要定制，允许弹性使用功能。3）一般按照使用付费，一些业务可以采用创新盈利模式（例如：互联网“免费+广告”模式、 “免费+按功能收费”模式、 “试用+ 收费 ”模式） 。另一方面，搭建云计算平台需要构建一定规模的集群，通过一定优化算法对这个集群进行统一的管理，形成存储和计算资源的“资源池” ，以此来满足用户业务的需求
35、，而这一集群同样具有几类特征:1）互联网的流量具有不稳定和突发的特点，云计算系统资源池应当具有良好的可扩展性，在流量激增的条件下能迅速申请扩展到更大规模，满足用户的需求，确保基本业务可用性。2）云计算资源池应当本身具有较大规模， ，防止资源不足而导致用户的申请失败，同时也能确保一部分用户流量激增的情况下的资源调度不会影响到其它用户的用户体验。3）针对每一个用户，都需要为其业务提供良好的可伸缩性，当用户当前计算能力13不足以满足需求时，需要快速获取更多资源。4）快速部署也是云计算平台的重要特点，平台需要具有批量提供的能力，在较短时间能部署完成，而不是采用传统服务器部署时采用的购买安装配置流程。5
36、）云计算平台的硬件成本更低、资源利用率更高，随着开源技术的采用和自主研发能力提升，成本逐渐降低，此外，运营模式的变革和节能减排技术的使用也是使云计算平台成本降低的重要原因。2.3虚拟化技术虚拟化技术是一种调配计算资源的方法，可以将应用系统的硬件、软件、数据、网络、存储等不同层面隔离开来，从而能破数据中心、服务器、存储、网络、数据和应用中的物理设备之间的划分，实现架构的态化，达到集中管理和动态使用物理资源及虚拟资源，从而可以提高系统结构的弹性和灵活性，达到降低成本、改进服务、减少管理风险等目的。在云环境中，虚拟化技术按照系统层级可以划分为：服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、应用虚拟化以及客户
37、端虚拟化。不同种类的虚拟化技术致力于从不同的角度解决不同的系统性能问题。虚拟化的技术加入到云计算中，简化了资源管理的复杂度，提高了资源利用率。对于用户而言，可以通过互联网随时获得自己需要的服务，可以自由取用，按需付费。存储虚拟化技术作为虚拟化的重要技术之一，特别是在数据安全性和完整性要求更高的时代，存储系统变得尤为重要，存储虚拟化技术得到了较快的发展和应用。2.3.1. 服务器虚拟化技术服务器虚拟化技术是指能够在一台物理服务器上运行多台虚拟服务器的技术，这种虚拟服务器在用户、应用软件甚至操作系统看来，几乎与物理服务器没有区别，用户可以在虚拟服务器上灵活安装任何软件。除此之外，服务器虚拟化技术应
38、当可以确保上述虚拟服务器间数据隔离，虚拟服务器对资源的占用是可控的。服务器虚拟化中，被虚拟出来的服务器就被称为虚拟机（Virtual Machine） ，运行在虚拟机中的操作系统为客户操作系统（Guest OS） ，负责管理虚拟机的软件称为虚拟机管理器，缩写为 VMM，也称为 Hypervisor。服务器虚拟化通常有寄生架构（Hosted）和裸金属架构（Bare-metal ） 。服务器虚拟化包括 CPU 虚拟化、内存虚拟化以及 I/O 虚拟化等多项虚拟化技术。其中，CPU 虚拟化是指将单个物理 CPU 虚拟成多个虚拟 CPU 供虚拟机使用，虚拟 CPU 分时复用物理 CPU，虚拟机管理器负责
39、为虚拟 CPU 分配时间片，并同时对虚拟 CPU 的状态进行管理。内存虚拟化是指 VMM 通过维护物理机内存和虚拟机所见的 “物理内存”映射关14系，为虚拟机分配物理机的内存，使虚拟机看到内存为从地址 0 开始的连续物理地址。为实现内存虚拟化，内存系统中共有：机器地址（Machine Address） 、虚拟机物理地址（Guest Physical Address）和虚拟地址（Virtual Address）三种。I/O 虚拟化是通过截获 Guest OS 对 I/O 设备访问请求，用软件模拟真实硬件，复用有限的外设资源，I/O 虚拟化技术与 CPU 虚拟化技术是紧密相关的，例如：当 CPU
40、支持硬件辅助虚拟化技术时，往往能在 I/O 方面采用 Direct I/O 技术，使 CPU 能直接访问外设，提高 I/O 性能。 虚拟化架构：对于图签管理系统所使用的云计算平台来说，适合使用采用裸金属架构的云平台，裸金属架构将 VMM 直接安装在物理服务器之上，无需先安装操作系统的预装模式，在安装 VMM 后再在 VMM 上安装其它操作系统，因此直接运行在物理硬件之上，无需通过 Host OS，比寄生架构采用的性能更高。裸金属架构并非说明 VMM 可以抛开 Host OS 在硬件上运行，而是在启动 Xen时自动启动一个裁剪过的 Linux 内核，它为 Xen 提供了除 CPU 调度和内存管理
41、外所有功能。Xen 的工作流程如下所示：图 4-3 Xen 工作流程 I/O 虚拟化：对于图签管理系统所采用的云平台来说，适合使用全虚拟化技术，VMM 对网卡、磁盘等关键设备进行模拟，组成一组统一的虚拟 I/O 设备，Guest OS 对虚拟设备的I/O 操作都会陷入 VMM 中，由 VMM 对 I/O 指令进行解析并映射到实际物理设备，直接控制硬件完成操作。15采用这样的方法可以获得较高的性能，并且对 Guest OS 完全透明。2.3.2. 存储虚拟化技术随着大数据时代的到来，数据量的存储需求迅速增长，存储技术越来越受到业界关注，使越来越多的企业把数据存储作为重要项目来管理，从而带来存储管
42、理技术的快速发展。然而由于存储设备的差异性，使得这些设备的高效管理面临诸多困难。对存储管理而言，虚拟化是一种具有广阔前景的解决方案。存储虚拟化是一种将存储系统的内部功能从应用、主机或者网络资源中抽象出来，进行隐藏或者隔离的一种技术，它是用来进行与应用和网络无关的存储或者数据管理的，它为底村存储资源的复杂功能的访问提供了简单的、一致的接口，使开发者不必为底层系统的复杂实现耗费精力。存储虚拟化技术解决了存储设备管理效率的问题，不同类型的存储资源整合问题，异构存储系统的兼容性、扩展性、可靠性、容错容灾等问题。存储网络工业协会（SNIA）对存储虚拟化进行了如下定义：通过对存储（子）系统或存储服务的内部
43、功能进行抽象、隐藏或隔离，使存储或数据的管理应用、服务器、网络资源的管理分离，从而实现应用和网络的独立管理。存储虚拟化技术是计算机虚拟化技术的重要结构，它的思想是将资源的逻辑映像与物理存储分开，为系统和管理员提供一幅简化、无缝的资源虚拟视图。对于用户来说，虚拟化的存储资源就像是一个巨大的“存储池” ，看不到具体的磁盘，也不关心自己的数据在具体的哪个存储设备中。存储虚拟化技术具有提高动态适应能力。它将存储资源统一集中到一个大容量的资源池，无需中断应用即可改变存储系统和实现数据移动，对存储系统能够实现单点统一管理。 存储模型架构图：数 据 库 文 件 系 统存 储 设 备块 聚 合应 用主 机网
44、络设 备块 层文 件 /记 录 层16图 4-3 存储模型架构图图签管理系统的云存储架构实现了存储虚拟化，存储域可以分为三个层次：文件/记录层、块聚合层和存储设备层。文件记录层是上层应用与存储资源间的接口，采用文件系统或数据库的方式以文件或结构化数据形式为用户提供数据信息存储访问能力，并最终以连续数据字节形式存储到磁盘上，对物理资源进一步抽象，将其虚拟化为逻辑资源供上层使用；块聚合层将多个底层存储设备的存储资源块聚合成统一的存储资，将存储设备层的物理存储设备虚拟化，通过合理的组织将其构建为能被统一访问的物理资源池；存储设备层主要对块存储的物理位置与相应的逻辑描述关联起来，数据块存储地址虚拟化实
45、现了对存储内容的快速寻址。 块聚合层的存储虚拟化存储设备的磁盘虚拟化技术可以将单个物理磁盘设备虚拟成逻辑块地址操作系统和上层应用使用，但单块磁盘设备的存储容量有限，为实现更多物理磁盘的聚合与统一访问，需要使用块聚合层的虚拟化技术。根据图签管理系统所需的云平台特点，我们选择采用带外虚拟化技术，如下图 4-4 所示，虚拟化控制器将对元数据的访问路径和对数据的访问路径分开，实现带外访问。图 4-4 带外虚拟化访问方式的服务器和网络存储设备间的访问路径通过将对元数据的控制转移到传输路径之外，避免了带你虚拟化存在的由元数据部分性能和可靠性瓶颈问题。带外访问需要每台服务器都安装虚拟化代理程序，从而将 I/
46、O 请求发给带外设备来查询数据。图签管理系统采用 UCloud 的云主机作为云平台，采用的是基于主机的存储虚拟化技术，通过该在每台服务器上安装逻辑卷管理器（Logical Volume Manager，LVM ）应用程序来实现，从而可以隐藏物理存储资源的复杂性，并向操作系统提供存储资源的逻辑视图，由于物理存储的抽象发生在服务器本身，就不存在分离的控制和数据传输路径，避免带内虚拟化带来的瓶颈和性能问题。2.3.3. 网络虚拟化技术网络虚拟化是将多个硬件或软件网络资源及相关的网络功能集成到一个可用软件中统一管控的过程。对网络应用而言，该网络的实现方式是透明的，网络环境称为虚服 务 器 存 储 池带
47、 内 虚 拟 化 引 擎存 储 网 络17拟网络，这一过程称为网络虚拟化。IaaS 网络虚拟化技术分为传统网络虚拟化技术（VPN、VLAN 等）和网络虚拟化技术（以虚拟网卡和虚拟网桥为电表，随着云计算兴起而发展）两类，在不同的应用场景下，虚拟网络的架构是多种多样的。虚拟网络架构针对图签管理系统采用的 UCloud 云主机平台，采用的网络虚拟化技术是主机网络虚拟化技术，它是面向云计算的网络虚拟化技术核心，通过与传统网络虚拟化技术的配合，在实现虚拟网络的动态性和安全性方面发挥了重要作用，主要技术包括虚拟网卡技术和虚拟网桥技术，它们都是针对单台主机上的相关物理网络设备的虚拟化技术。其网络架构图如下图
48、 4-5 所示：图 4-5 虚拟网络架构每台物理机都有两块物理网卡，绝大多数 PC 服务器都满足这一标准配置，一块物理网卡用于连接外网交换机，从而连接到互联网，另一块网卡用于连接内网交换机，与其它内网服务进行通信。 虚拟网卡虚拟网卡是指虚拟机看到的网卡，是模拟器通过软件手段模拟出来的网卡，虚拟机中运行的 Guest OS 通过虚拟网卡与外界通信。UCloud 云主机采用 KVM（Kernel-based Virtual Machine）系统虚拟化模块，在这样的场景下，模拟器是个独立的软件，其层次关系如下所示：外 网 交 换 机物 理 机 1内 网 交 换 机物 理 网 卡网 桥虚 拟 网 卡
49、虚 拟 网 卡虚 拟 机 虚 拟 机虚 拟 网 卡 虚 拟 网 卡物 理 网 卡网 桥物 理 机 2 物 理 网 卡网 桥虚 拟 网 卡 虚 拟 网 卡虚 拟 机 虚 拟 机虚 拟 网 卡 虚 拟 网 卡物 理 网 卡网 桥18虚 拟 机Guest OS虚 拟 机 的物 理 网 卡模 拟 器物 理 机 的 虚 拟 网 卡Hypervisor物 理 机 的 物 理 网 卡虚 拟 机Guest OS虚 拟 机 的物 理 网 卡模 拟 器物 理 机 的 虚 拟 网 卡图 4-6 KVM 层次结构 虚拟网桥主机网络虚拟化中，仅有虚拟网卡还不够，需要使多块虚拟网卡在同一个物理服务器中共享一块物理网卡的同时，仍然对外表现出多块独立网卡。这需要使用虚拟网桥，网桥的两边分别连接物理网卡和多块虚拟网卡，网桥内部维护一张映射表，根据Mac 地址寻找对应的虚拟链路进行数据转发。物 理 机 的 虚 拟 网 卡 物 理 机 的 虚 拟 网 卡 物 理 机 的 虚 拟 网 卡虚 拟 网 桥物 理 网 卡虚 拟 链 路图 4-7 虚拟网桥原理数据包从虚拟机发出时，虚拟网卡根据规则来决定如何处理数据包，放行之后转发至网桥，网桥根据数据包类型采取相应动作，最后数据转发到物理网卡时，物理网卡再将其转发到物理机以外的真正交换机上。2.4其它相
