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国家重点基础研究发展计划.docx国家重点基础研究发展计划(973计划)课题2011年度进展报告项目编号:2011CB302600项目名称:高效可信的虚拟计算环境基础研究课题编号:2011CB302605课题名称:虚拟计算环境综合实验床与示范应用课题负责人:刘欣然国家计算机网络与信息安全管理中心2011年11月2011年,973项目“高效可信的虚拟计算环境基础研究"(项目编号2011CB302600)之课题五“虚拟计算环境综合实验床与示范应用”(课题编号2011CB302605,以下简称课题)的研究工作按照课题任务书的要求,研究重点放在构建试验级和实证级两个层次的虚拟计算环境试验床,以及面向国家需求的互联网规模示范应用系统等内容上,在面向互联网计算的实验床监测管理技术、灵活可扩展的实验床运行监控及支撑平台技术、研制试验床基础软件平台等方面取得了阶段性研究成果,为探索互联网新型应用的规律提供了有效实验手段,圆满完成了课题的2011年度任务。一、年度计划执行情况根据任务合同书的要求,课题2011年度的要点是建设试验级实验床,提供开展实验验证的初步能力。主要研究内容包括:(1)研究分析虚拟计算环境实验床的特点和虚拟计算环境实验床运行监测技术;(2)研究基于虚拟计算环境的互联网内容获取技术;(3)研究虚拟计算环境测量与检测技术;(4)研究大型数据中心下大规模资源与用户行为的多维度分析框架;(5)调研大型数据中心下的电子商务增值业务。经过一年的努力,本课题部署了虚拟计算环境实验床的主体硬件设施;设计并实现了虚拟计算环境的支撑平台方案;掌握了虚拟计算环境下系统运行监测、资源状态和使用状态监测的关键技术;完成多通道互联网内容获取关键技术分析;设计并实现了大型数据中心下大规模资源使用和用户行为的多维分析框架,并将该框架应用于大型数据中心下的电子商务增值业务;研究了虚拟计算环境中多虚拟机内存协同优化策略;研究了虚拟计算环境中AS级拓扑测量技术;并对虚拟计算环境及云计算环境中安全问题开展了研究。本年度共申请专利2项,发表文章21篇,其中国际期刊/会议15篇,国内期刊/会议6篇,SCI收录3篇,EI收录15篇。下面简要介绍课题的主要研究进展:1、虚拟计算环境实验床硬件基础设施建设及支撑平台研究系统目前包含有16个机群,分布于国家中心和各分中心,总节点数达到211个,虚拟节点数达到472个。实验床具有多个运营商接入线路,包括电信、联通(包括原联通和原网通)、移动;省分中心的节点均都采用10M专线连接到所在地的多个运营商;各节点之间内部通信采用VPN技术,构造起一个比较稳定可靠的实验环境;,并部署了KVM、XEN、VMWare等多种虚拟机。根据虚拟计算环境应用的特点,以及平台分布式、可控性、多样性等特性,课题组设计并实现了虚拟计算环境支撑平台。该平台由应用网关、任务管理层、资源代理层、虚拟资源层构成,便于支撑用户任务方便的在试验床上运行。目前每天实际执行的任务数达到几十万个。任务管理层主要研究虚拟计算环境下,任务快速下发、资源动态分配、结果正确回收等关键技术,并针对公用环境下多样化服务对质量要求的差异性,通过多资源、多任务的冗余度来调节系统的可信程度。目前,该层的主要进展旬括:(1)初步实现任务的快速下发。基于目前已部署的数百台虚拟机,任务层已可以完成每天数十万量级的任务下发,绝大部分任务在10秒以内完成下发。(2)初步实现资源动态分配。目前在对任务的下发调度算法中,考虑了任务优先级、提交时间、虚拟机负载等多种因素,并实现了资源的负载均衡。资源代理层重点研究对虚拟资源的监测、管理、分析等问题。通过收集、分析、发布虚拟资源的静态与动态信息,对平台中的虚拟资源做出评价,支撑任务管理层的任务调度策略,为虚拟计算环境性能测量与故障检测提供依据。目前,该层虚拟资源信息的采集、发布等基本管理功能已经实现,掌握了资源信息的及时采集与发布、资源状态标识与探测等关键技术,为上层提供了良好的支撑。虚拟资源层重点研究资源虚拟化、资源发布以及虚拟资源中的任务运行封装等问题。(1)采用虚拟机技术实现对资源终端的安全防护及对资源异构性的屏蔽。(2)完成了对基础资源发布体系的设计和实现。虚拟资源主动发布资源自身相关信息,包括系统运行状态、资源状态及使用状态、任务下发和执行状态等,为大规模资源和用户行为的统计分析、虚拟计算环境的性能测量、故障检测和行为分析、实验床的状态监控与维护管理等提供基础数据。(3)完成了任务执行机制的设计和实现。虚拟资源层接受具体的任务,执行任务后并按照相关要求反馈结果。2、虚拟计算环境实验床运行监测技术研究面对实验床中大规模分布式环境下的各种异构虚拟资源,要解决对资源及任务的动态监测和有效管理,涉及的关键