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计算服务!基于OpenStack的高校实验云平台应用

导读:为您写计算服务毕业论文范文和职称论文提供相关参考文献。

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(连云港师范高等专科学校网络中心 江苏连云港 222000)

摘 要: 云计算技术具有弹性的计算资源分配能力,较高的硬件资源利用率,并且可以为用户提供可靠的按需服务.云计算已被广泛用于商业、金融、教育等各个领域.近几年信息技术的高速发展,使得高校的计算机课程,特别是开展实验教学的课程对实验环境提出了更高的要求.文章基于开源云计算OpenStack设计部署了一套高校实验云平台,为计算机类课程的教学和试验提供按需的硬件平台服务,可以满足高校教学的需求.

关键词:OpenStack;云计算;开源;平台

中图分类号:TP39文献标识码:A文章编号:2095-0438(2014)12-0146-05

收稿日期:2014-08-29

作者简介:马文杰(1980-),男,江苏连云港人,连云港师范高等专科学校实验师,硕士,研究方向:网络技术及网络安全.

云计算[1]是一种商业计算模型,可以为用户提供各种资源如计算资源、软件资源、存储资源等资源的按需服务.云计算提供三个层次的服务[2]:基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)以及软件即服务(SaaS).其中基础设施即服务(IaaS)可以将计算资源、存储资源以及软件环境打包为虚拟机,以服务的方式提供给用户.构建IaaS实验云平台,可以为计算机实验室提供动态、易分配、个性化的主机环境,解决高校计算机实验室的管理问题,具有重要的研究和应用价值.

一、OpenStack

(一)OpenStack概念.OpenStack[3]是一个美国国家航空航天局(NASA)和Rackspace合作研发的云平台管理项目,以Apache许可证授权,并且是一个自由软件和开放源代码项目.OpenStack既是一个社区,也是一个项目和一个开源软件,它提供了一个部署云的操作平台或工具集.其宗旨在于:帮助组织运行为虚拟计算或存储服务的云,为公有云、私有云,也为大云、小云提供可扩展的、灵活的云计算.OpenStack开源云平台经过几年的发展,获得了长足的进步,市场占有率已逐渐超越老牌开源云平台、CloudStack和Eucalyptus,成为主流的开源云计算平台之一.

(二)OpenStack架构.OpenStack通过一系列的组件服务提供了一个基础架构即服务(IaaS)的解决方案.在最新版本IceHouse中包含了10个组件[4]:

1.Nova:计算服务是OpenStack云中的计算组织控制器,对计算资源、网络、认证和扩展性等进行管理,并通过一个与Amazon Web Services(AWS)EC2 API兼容的web services API来对外提供服务.

2.Swift:对象存储服务提供弹性可伸缩、高可用的分布式对象存储服务,适合存储大规模非结构化数据.

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3.Glance:镜像服务提供虚机镜像的注册和分派服务.

4.Cinder:块存储服务为虚机提供可用于持久存储的块存储服务.

5.Neutron:网络服务为其它OpenStack组件提供网络连接,通过API为终端用户提供自定义网络功能;通过一个插件式架构支持大量网络广商设备及网络技术.

6.Keystone:认证服务为OpenStack提供认证和授权服务.

7.Horizon:仪表盘提供基于Web的管理控制台,用户可以通过Web方式管理和操作OpenStack云.

8.Ceilometer:计量监控服务为OpenStack云提供计费、基准测试及数据统计等功能.

9.Heat:编排组织服务提供基于模板的编排机制,用户可以通过一个参数化的模板轻松的部署网络、服务器、存储等资源.

10.Trove[5]:数据库服务为关系型和非关系型数据引擎提供可扩展、可靠的云数据库即服务功能.

其中Nova,Swift,Glance,Cinder,Neutron,Keystone,Horizon七个组件为核心组件,OpenStack概念架构如图1所示:

(三)OpenStack的特性.

1.兼容性.OpneStack云平台具有较高的兼容性,用户可以容易的将数据和应用迁移到其它商业标准的公共云中.

2.灵活性.OpenStack是完全开源的云平台,用户可以根据自身需要任意建设基础设施和调整集群的规模,并且可以利用第三方技术进行功能的开发,以满足自身的需要.

3.标准性.OpenStack从推出至今已经获得众多云计算领军企业的参与和支持,逐渐成为开源云计算的标准之一,具有较大的发展空间.

4.扩展性.大部分的主流LINUX系统均已支持OpenStack,

使得大规模部署公有云或私有云成为可能.

5.经济性.开源的云计算平台与商业云计算平台相比无需支付高昂的建设费用,具有较好的经济性.

二、基于OpenStack的高校实验云计算平台设计

基于OpenStack的高校实验云计算平台通过OpenStack技术将校内虚拟化的硬件资源进行整合,向校内用户提供弹性可控的计算资源.用户可以通过校园网在校内任意区域访问到云平台提供的按需、个性化的计算资源.高校实验云平台架构视图,如图2所示:

(一)基础设施和虚拟资源处于实验云计算平台的底层.其中,基础设施为云计算平台提供基础的硬件资源包括服务器、存储和网络等资源.而虚拟资源则是在基础设施上通过VMware、Xen、Kvm等虚拟化技术对硬件资源进行虚拟化,形成统一的虚拟资源池,为云计算平台的实现提供可控可管理的虚拟资源.

(二)OpenStack核心是整个实验云计算平台的核心部分.OpenStack核心部署OpenStack的Nova、Neutron、Glance、Cinder等核心组件,实现对于虚拟资源的调度、分配、供应、存储等功能,从而向校内用户提供IaaS服务,各个组件分别提供OpenStack体系中相应的组件功能.

(三)用户访问为校内人员提供了使用和管理实验云计算平台的方式和途径.OpenStack Horizon则为云用户提供了基于Web的模块化的管理界面,云用户可以通过校园网络访问Horizon实现对于实验云平台的管理和使用.Horizon也为云平台管理员提供了管理云平台的入口,从而实现资源管理、用户管理、镜像管理、网络管理、安全管理等功能.

(四)计费和监控为实验云平台的运行提供计费和监控功能.目前主要通过OpenStack的Ceilometer组件来实现监控共轭能.Ceilometer实现了对于包括虚拟机的性能数据,使用的网络带宽,云用户对于镜像的使用信息等数据的采集、整合和呈现,从而监控整个实验云平台的运行状况. Ceilometer可以通过API向计费系统提供采集的数据以实现计费功能.

三、基于OpenStack的高校实验云计算平台实施

(一)物理架构.基于OpenStack的云计算平台搭建模式分为两种:单节点部署和多节点部署.单节点部署就是所有服务都部署在一个主机,即all-in-one模式,这种模式部署简单,一般在实验和测试时使用;多节点部署模式则是把各种管理服务分别部署在不同主机,以提高云平台的性能和高可靠性,多节点的部署模式更加适用于实际应用场景.高校实验云计算平台采用多节点的部署模式,在整个系统中部署有三种节点:控制节点、网络节点和计算节点.其中控制节点提供认证服务、镜像服务、UI服务、存储服务、监控服务以及计算服务,部署有Keystone、Glance、Nova Management、Horizon、Swift、Cinder、Ceilometer以及MySQL等组件;网络节点提供网络服务配置以及租户网络的分配和控制服务,部署有Neutron的Neutron Server、Networking plug-in, layer 2agent和layer3agents等网络服务;计算节点提供Nova compute服务即控制虚机实例的运行,部署有Nova hypervisor服务、Networking plug-in、layer2agent,和Ceilometer组件,根据实验云平台负载不同可根据需要增加计算节点的数量.基于OpenStack的高校实验云计算平台物理架构,如图3所示:

(二)网络组件部署.网络组件Neutron为OpenStack云平台提供网络连接,并通过插件提供对各种二层和三层网络技术的支持.OpenStack中的网络分为管理网络、外部网络和数据(内部)网络三种,管理网络和外部网络可以共用一个网络,因此为了简化网络拓扑设计,高校实验云计算平台采用设置外部网络和数据网络的拓扑架构.IP分配方案如表1所示:

OpenStack的租户网络管理有五种模式:Local模式、GRE模式、VLAN模式、VXlan模式和Flat模式.其中Local模式一般作为测试所使用;Flat模式直接为租户提供外网地址,适于规模较小的网络;GRE模式、VLAN模式和VXlan模式可以提供丰富的网络功能,适用于具有一定规模的园区网络所使用.VLAN模式支持传统的VLAN组网技术,可以实现二层广播的隔离以及限制部分网段的互访,对高校云计算平台的网络体系可以提供较好的支持.因此,高校实验云计算平台选择使用VLAN为组网模式.网络节点的关键配置信息如下:

1.调试neutron.conf文件,配置认证信息.

auth_host等于192.168.100.1

auth_port等于35357

auth_protocol等于http

admin_tenant_name等于service

admin_user等于neutron

admin_password等于neutron

auth_url等于http://192.168.100.1:35357/v2.0

2.调试plugin.ini文件.

tenant_network_type等于vlan

network_vlan_ranges等于physnet1:1000:4096

integration_bridge等于br-int

bridge_mappings等于physnet1:br-eth1

3.调试dhcp_agent.ini文件,配置接口驱动

interface_driver等于neutron.agent.linux.interface.

OVSInterfaceDriver

4.调试I3_agent.ini文件.

interface_driver等于neutron.agent.linux.interface.OVSInterface

Driver

external_network_bridge br-ex

5.使用命令创建数据网络接口.

# ovs-vsctl add-br br-int

# ovs-vsctl add-br br-eth1

# ovs-vsctl add-port br-eth1 eth1

6.使用命令创建外网网络接口.

# ovs-vsctl add-br br-ex

# ovs-vsctl add-port br-ex etho

7.启动服务并设置为自启动.

# service neutron-server start

#chkconfig neutron-server on

# service openvswitch start

# chkconfig openvswitch on

# service neutron-dhcp-agent start

#chkconfig service neutron-dhcp-agent on

# service neutron-openvswitch-agent start

#chkconfig neutron-openvswitch-agent on

# service neutron-l3-agent start

#chkconfig service neutron-l3-agent on

(三)关键组件的部署.在OpenStack云计算平台体系中,所有组件都依赖于Keystone提供3A(Account, Authentication, Authorization)服务.除了3A之外,Keystone还对外提供服务目录(Service Catalog)服务,用户(无论是Horizon, API Client)都需要访问Keystone获取服务列表,以及每个服务的地址(Keystone中称为Endpoint).因此,Keystone组件的部署是OpenStack平台运行的核心环节.Keystone的部署包括对于租户(Tenant)、用户(User)、角色(Role)、服务(Services)以及服务访问点(Endpoint)五个组成的配置,关键配置信息如下:

1.安装Keystone服务.

#sudo apt-get install keystone python-keystone pythonkey-

stoneclient

2.配置令牌.

修改/etc/keystone/keystone.conf中的admin_token 等于admin

3.设置环境变量.

#export SERVICE_ENDPOINT等于"http://localhost:35357/v2.0"

#export SERVICE_TOKEN等于openstack

4.创建租户admin和service.

#keystone tenant-create--name admin

#keystone tenant-create--name service

5.创建用户admin和组件用户(以Nova为例).

#keystone user-create --name admin --pass openstack

#keystone user-create --name nova --pass nova

6.创建角色admin和Member.

#keystone role-create--name admin

#keystone role-create--name Member

7.关联租户、用户和角色.

#keystone user-role-adduser admin--role admin--tenant admin

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#keystone user-role-add-user nova -- role admin -- tenant services

8.配置组件服务(以nova为例).

#keystone service-create--name nova--type compute --description ’OpenStack Compute Service’

9.配置组件服务的Endpoint(以nova为例).

#keystone endpoint-create --region RegionOne --service-id等于 nova\--publicurl等于’http://192.168.100.1:8774/v2/%

(tenant_id)s’--internalurl等于’http://192.168.100.1:8774/v2/%(tenant_id)s’--adminurl等于’http://192.168.100.1:8774/v2/%(tenant_id)s’

10.使用命令验证.

#keystone --os-username等于admin --os-password

等于openstack ostenant-name等于admin os-auth-url等于http://192.168.

100.1:35357/v2.0 token-get

以上命令中创建用户角色等名称在实际环境中由系统生成的ID所替代.

四、结语

本文基于开源OpenStack云计算技术,为高校的教学和实验创建了一套实验云计算平台.力求解决在高校的教学实践中,传统的实验环境无法满足高校师生对于计算资源和实验资源的需求,以及现有实验环境管理难、维护难等问题.该系统经过实践测试,基本可以实现计算资源动态分配管理和自助获取等功能.OpenStack是一个开源项目,其本身尚在不断更新发展中,因此基于OpenStack的云计算平台在功能以及稳定性、可靠性等方面还有待于进一步的优化和调整.

参考文献:

[1]邓倩妮,陈全.云计算及其关键技术[J].计算机应用,2009(9).

[2]刘鹏.云计算[M].第2版.北京:电子工业出版社,2011.

[3]邓红,王东兴.基于开源云平台OpenStack的存储分析[J].信息产业,2013(32).

[4]OpenStack[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/4924215.htm,2014-06-15.

[5]Trove-openstack[EB/OL].https://wiki.openstack.org/wiki/Trove,2014-06-18.

[责任编辑 郑丽娟]

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