劉涌+韓偉+高震宇

摘要：《基于OpenStack的大數(shù)據(jù)平臺搭建方法的研究》主要通過對OpenStack重要組建的功能的分析，研究相關(guān)大數(shù)據(jù)平臺的搭建方法，簡單介紹了OpenStack的Swift、Quantum、Nova等三大功能模塊，并重點介紹了OpenStack單節(jié)點部署中Swift的簡單安裝流程。研究表明OpenStack具有廣闊的市場前景的同時，目前仍存在安裝比較繁瑣，模塊化集成度不高，入門起點較高等問題，表明該技術(shù)在市場潛力巨大的同時，具有較高的研究價值。

關(guān)鍵詞：OpenStack；Swift；quantum；Nova

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）28-0014-02

1 概述

隨著云計算的推廣與普及，人們對大數(shù)據(jù)、云計算的接受度越來越高，并且愿意嘗試使用云計算，從而實現(xiàn)利用新技術(shù)合理地管理、統(tǒng)計自己的數(shù)據(jù)。在云計算的眾多處理方案中，OpenStack作為目前最流行的云堆棧之一，是美國國家宇航局（NASA）和Rackspace合作開發(fā)的意在為公有云和私有云提供軟件支持的開源項目。

2010 年OpenStack首次發(fā)布第一版（Austin版本），之后陸續(xù)發(fā)布了Bexar、Cactus等基于Amazon的API接口的版本，從之后的Diablo版本開始，OpenStack更加強調(diào)模塊化與靈活性，但由于該版本的bug較多，不建議以Diablo為基礎(chǔ)進行二次開發(fā)。經(jīng)過Essex版后，最終Folsom版的出現(xiàn)標(biāo)志著OpenStack開始真正成熟，其中的Nova、Swift和Quantum為OpenStack的三大組件，分別負責(zé)云計算、云存儲和網(wǎng)絡(luò)虛擬化，下文將重點介紹這三大組件的功能與安裝方法。

2 模塊功能簡介

OpenStack通常由Keystone安全認(rèn)證服務(wù)、Swift存儲服務(wù)、Glance鏡像服務(wù)、Quantum虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、Nova虛擬機管理系統(tǒng)和Dashboard Web界面六大模塊組成，每個模塊相互獨立，通常搭配MySQL來提供數(shù)據(jù)服務(wù)：

2.1 Swift存儲服務(wù)

Swift是OpenStack云存儲服務(wù)的重要組件之一，它具有高可用性、持久性、分布式和大文件存儲等特點，在倡導(dǎo)綠色節(jié)能的云計算前提下，它支持一系列的價格便宜的硬件存儲設(shè)備，即最大程度地將運行成本降低，這也是整個OpenStack的魅力之一，諸如Dell、Intel、IBM、Cisco等公司之所以大力推廣OpenStack，經(jīng)濟因素也是重要的參考要素。

Swift主要有三種服務(wù)器：Authentication Node認(rèn)證節(jié)點、Proxy Node代理節(jié)點和Storage Node存儲節(jié)點。其中Authentication Node認(rèn)證節(jié)點盡在用戶想要單獨使用Swift時提供認(rèn)證服務(wù)，在OpenStack中一般采用Keystone認(rèn)證；而Storage Node存儲節(jié)點根據(jù)則根據(jù)存儲對象的不同，分為Object Server對象服務(wù)、Container Server容器服務(wù)和Account Server賬戶服務(wù)三種，通常在部署Swift的時候這三種都會在存儲節(jié)點上運行，若硬件配置相同，則三種的地位也是相同的。

2.2 Quantum虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

Quantum作為一個代理并不提供任何實質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)資源，它僅負責(zé)鏈接虛擬機與物理機，以及虛擬機之間的通信。其主要任務(wù)主要有三條：

1）在底層調(diào)用第三方軟件，搭建虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境從而實現(xiàn)GRE隧道和VLAN虛擬局域網(wǎng)等，這種利用軟件來實現(xiàn)物理交換的方式，較之傳統(tǒng)的物理網(wǎng)絡(luò)搭建而言，無疑更加的靈活，成本也更加低廉；

2）通過數(shù)據(jù)庫對虛擬網(wǎng)絡(luò)進行維護，比如通過定義一系列的維護規(guī)則，定時同步本地端和數(shù)據(jù)庫端的數(shù)據(jù)是否一致，保證諸如DHCP等服務(wù)的正常運轉(zhuǎn)；

3）利用RESTful API服務(wù)實現(xiàn)監(jiān)聽Nova，執(zhí)行查詢與管理操作，從而調(diào)用虛擬網(wǎng)絡(luò)資源。

2.3 Nova虛擬機管理系統(tǒng)

在整個OpenStack架構(gòu)中，Nova可以說是最為核心的模塊，云計算的運行本質(zhì)就是利用虛擬機實現(xiàn)資源的管理，而Nova正是一個虛擬機管理系統(tǒng)，在大多數(shù)的概念中，Nova的簡單功能說明就是：計算。即相當(dāng)于一臺主機的CPU。云計算作為一個劃時代的先進理念，其核心就是更高效的利用物理資源，即CPU、磁盤存儲、內(nèi)存等，利用有限的物理資源更加有效地管理、存儲、交換信息資源，Nova就是這一整套系統(tǒng)的大管家。

Nova的作用，在于和OpenStack的其他每一個模塊進行配合從而分別實現(xiàn)相應(yīng)的配置、管理，諸如：

l 通過MySQL實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的建立與維護；

l 通過Keystone完成安全認(rèn)證服務(wù)；

l 通過Glance、Swift完成虛擬機映像存儲服務(wù)；

l 通過Cinder完成虛擬機塊存儲服務(wù)；

l 通過Quantum完成虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；

l 通過Dashboard完成網(wǎng)絡(luò)UI用戶界面管理服務(wù)。

2.4 其他服務(wù)

除了以上三大組件，OpenStack還包含了若干其他服務(wù)，如提供安全認(rèn)證的Keystone服務(wù)、提供鏡像服務(wù)的Glance服務(wù)、提供塊存儲服務(wù)的Cinder、提供UI界面的Dashboard等，以及更多的可以和Swift、Quantum、Nova搭配使用的第三方軟件、API等，幾乎每一種服務(wù)都起著不可替代的重要作用，在此不逐一贅述。

3 OpenStack平臺搭建指導(dǎo)

Folsom版的OpenStack較之早期的版本，功能強大、運行穩(wěn)定、可以有效地利用資源、合理地管理數(shù)據(jù)，但作為一個復(fù)雜的新興技術(shù)，OpenStack的普及仍然任重道遠，關(guān)鍵問題是OpenStack的搭建與維護盡管已經(jīng)盡量的簡易化，但仍然需要較高的專業(yè)能力與知識基礎(chǔ)，并掌握一系列相當(dāng)復(fù)雜的安裝步驟。

OpenStack平臺的搭建在基本熟練使用Linux操作系統(tǒng)的前提下，仍需注意兩點：一、由于涉及到各個模塊的搭配使用、賬戶的安全管理、數(shù)據(jù)庫的調(diào)用等，因此需要嚴(yán)格按照安裝步驟逐個先后安裝，否則可能會造成各模塊間的不匹配；二、每一個模塊都或多或少的涉及到多個插件的安裝以實現(xiàn)該模塊的整體功能。

3.1 Swift安裝前準(zhǔn)備

作為一個經(jīng)過縝密開發(fā)的系統(tǒng)，除各個模塊因個性功能特點造成的不同外，OpenStack的通用安裝步驟基本一致，下面僅以Swift的安裝為例，簡單介紹一下OpenStack單節(jié)點部署中的相關(guān)安裝步驟：

在安裝部署Swift前，首先須準(zhǔn)備好所有相關(guān)的安裝包，確立好合理的安裝目錄，設(shè)置好主機網(wǎng)絡(luò)并成功創(chuàng)建虛擬機，在正式開始安裝OpenStack后需要確認(rèn)MySQL和Keystone等服務(wù)均安裝正常。

3.2 Swift安裝步驟

1）配置localrc文件

參考下列代碼設(shè)置主機名、密碼、保存路徑等：

SWIFT_HOST=pyonline

SWIFT_NODE_IP=127.0.0.1 #單節(jié)點部署可用自循環(huán)IP地址

KEYSTONE_SWIFT_SERVICE_PASSWORD=pypassword

SWIFT_DISK_PATH=/dev/vdc

2）安裝Swift Proxy服務(wù)

安裝目錄下執(zhí)行命令./swift-proxy.sh

3）設(shè)置Swift分區(qū)

建議在前期創(chuàng)建虛擬機時準(zhǔn)備好/dev/vdc目錄，包括后續(xù)模塊所需目錄統(tǒng)一進行創(chuàng)建可較好避免遺忘某一目錄或造成目錄分配、命名、設(shè)置不合理。

4）安裝Swift Storage服務(wù)

安裝目錄下執(zhí)行命令./swift-storage.sh

3.3 Swift后續(xù)安裝組件

安裝完Swift后，可通過/var/log/swift查看日志文件檢查服務(wù)運行是否正常，或通過客戶端命令swift stat檢查是否出現(xiàn)問題。在正確安裝后，后續(xù)可繼續(xù)安裝Glance、Quantum、Nova、Dashboard等，最終可通過登陸Dashboard檢查OpenStack是否安裝配置正確。

4 結(jié)束語

單節(jié)點部署的OpenStack具有占用資源少、維護管理簡便、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試簡潔等優(yōu)點，但實用性較差且擴展困難，為了更貼近于真實應(yīng)用，滿足實際需求，在實際部署中常常進行多節(jié)點部署的方式，但這種方式較之前者部署和維護都更加的復(fù)雜。

在云計算日益流行的今天，對OpenStack的需求與應(yīng)用必將日益加大，隨之而來的將是其諸多缺點的暴露，如模塊化仍不完善，部署過于復(fù)雜，算法仍需進一步改善等，但相信這種高效、節(jié)能的管理技術(shù)必將逐步發(fā)展成熟，未來的OpenStack將更加簡潔，讓更多的人能夠管理屬于自己的一片云。

參考文獻：

[1] 張子凡. OpenStack部署實踐[M].北京：人民郵電出版社，2014：1-364.

[2] 鮑亮，李倩. 實戰(zhàn)大數(shù)據(jù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014：1-327.

[3] 吳萍，朱晴婷. 算法與程序設(shè)計基礎(chǔ)（Python版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015：30-270.