云計(jì)算平臺(tái)中裸金屬物理服務(wù)器自動(dòng)化批量部署方法研究

陳英達(dá)+鐘蘇生+周開東+黃愷彤+麥曉輝

摘 要：云計(jì)算平臺(tái)作為一種新型計(jì)算架構(gòu)，能夠依據(jù)用戶需求快速為其提供資源與服務(wù)。裸金屬物理服務(wù)器，由于其固有硬件物理屬性，相較于虛擬服務(wù)器在資源部署與配置方面缺乏靈活性，導(dǎo)致云計(jì)算平臺(tái)通常無(wú)法動(dòng)態(tài)控制管理物理服務(wù)器。本研究基于Cobbler服務(wù)工具進(jìn)行二次開發(fā)與封裝，建立形成了一套裸金屬物理服務(wù)器自動(dòng)化批量部署方法，該方法通過Cobbler中央調(diào)度控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了云計(jì)算平臺(tái)中裸金屬物理服務(wù)器基于網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化批量安裝與配置。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算平臺(tái)；裸金屬物理服務(wù)器；自動(dòng)化批量部署；Cobbler中央調(diào)度控制技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP368.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0096-02

1 概述

近十年來(lái)，社交網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)、移動(dòng)生活等一批大規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)應(yīng)用的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)煙囪式系統(tǒng)架構(gòu)已不能滿足這些新興應(yīng)用快速響應(yīng)部署、動(dòng)態(tài)負(fù)載增減的要求。在此背景下，2006年谷歌、亞馬遜等公司提出了云計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)想。云計(jì)算平臺(tái)作為一種建立于高效資源池技術(shù)之上的新型計(jì)算架構(gòu)，依托各類信息資源之間的高效協(xié)同服務(wù)，能夠在短時(shí)間內(nèi)根據(jù)需求迅速提供資源，并且資源規(guī)?？煽焖偕炜s，以自適應(yīng)業(yè)務(wù)負(fù)載的動(dòng)態(tài)變化。

目前，云計(jì)算平臺(tái)的運(yùn)算資源為各類云主機(jī)服務(wù)器，云主機(jī)服務(wù)器主要分為虛擬服務(wù)器和裸金屬物理服務(wù)器兩類。對(duì)于虛擬服務(wù)器，因其容器軟件的運(yùn)行工作形式，可通過編輯執(zhí)行虛擬服務(wù)器控制動(dòng)作腳本，在云計(jì)算平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化高效部署以及彈性伸縮，及時(shí)滿足客戶需求。然而對(duì)于裸金屬物理服務(wù)器，由于其固有的硬件物理屬性，電源啟停動(dòng)作、操作系統(tǒng)安裝配置以及計(jì)算集群增減均需人為參與，較難實(shí)現(xiàn)資源快速部署與彈性伸縮，致使云計(jì)算平臺(tái)通常無(wú)法動(dòng)態(tài)控制管理裸金屬物理服務(wù)器，這給云計(jì)算平臺(tái)的發(fā)展與推廣應(yīng)用帶來(lái)了不少挑戰(zhàn)。

因此，本文基于Cobbler服務(wù)工具進(jìn)行二次開發(fā)與封裝，建立形成了一套裸金屬物理服務(wù)器自動(dòng)化批量部署的方法，該方法通過Cobbler網(wǎng)絡(luò)部署中央調(diào)度控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了云計(jì)算平臺(tái)中裸金屬物理服務(wù)器高效的自動(dòng)化批量部署，為后續(xù)裸金屬物理服務(wù)器集群的自動(dòng)化彈性伸縮奠定了研究基礎(chǔ)。

2 裸金屬物理服務(wù)器自動(dòng)化批量部署原理研究

Cobbler作為一套基于Python語(yǔ)言開發(fā)用以實(shí)現(xiàn)物理服務(wù)器操作系統(tǒng)安裝的服務(wù)工具，其通過PXE網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)方式，可完成物理服務(wù)器操作系統(tǒng)的遠(yuǎn)程安裝。同時(shí)Cobbler服務(wù)工具提供物理服務(wù)器的電源管理API接口，可通過命令行指令的方式實(shí)現(xiàn)物理服務(wù)器啟停的電源管理動(dòng)作。

因此，本研究基于Cobbler網(wǎng)絡(luò)部署中央調(diào)度控制的核心思想，通過創(chuàng)建Cobbler中央集中管理節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)化調(diào)用DHCP服務(wù)、TFTP服務(wù)、DNS服務(wù)和系統(tǒng)軟件倉(cāng)庫(kù)組件服務(wù)的形式，建立形成了一套裸金屬物理服務(wù)器自動(dòng)化批量部署方法，其整體拓?fù)浼軜?gòu)如圖1所示，包含Cobbler服務(wù)器、作業(yè)推送器、DHCP服務(wù)器、TFTP服務(wù)器、系統(tǒng)軟件庫(kù)和目標(biāo)服務(wù)器六類基本組件。

依托這六類基本組件，利用本文研究提出的Cobbler網(wǎng)絡(luò)部署中央調(diào)度控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)云管平臺(tái)中的裸金屬物理服務(wù)器自動(dòng)化批量部署，其具體原理步驟如下順序所述。

2.1 批量作業(yè)任務(wù)發(fā)布

根據(jù)裸金屬物理服務(wù)器部署情況，自定義編輯物理服務(wù)器配置指標(biāo)參數(shù)（如目標(biāo)服務(wù)器資產(chǎn)名稱、業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)IP地址、業(yè)務(wù)網(wǎng)卡MAC地址、BMC管理網(wǎng)絡(luò)IP地址等），并提交執(zhí)行作業(yè)任務(wù)至作業(yè)推送器。本文研究設(shè)計(jì)的裸金屬服務(wù)器自動(dòng)化批量部署方法可支持多臺(tái)服務(wù)器的操作系統(tǒng)自動(dòng)化并行安裝。在執(zhí)行批量作業(yè)任務(wù)時(shí)，通過批量錄入多臺(tái)目標(biāo)服務(wù)器的配置信息以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化批量安裝。

2.2 作業(yè)配置與部署腳本的下發(fā)

作業(yè)推送器根據(jù)編輯錄入的物理服務(wù)器配置指標(biāo)參數(shù)和提交的作業(yè)任務(wù)，整合生成作業(yè)配置文件和自動(dòng)化批量部署腳本，并通過業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)推送下發(fā)至Cobbler服務(wù)器。

2.3 自動(dòng)化批量部署腳本執(zhí)行

Cobbler服務(wù)器首先根據(jù)下發(fā)的目標(biāo)服務(wù)器配置指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行合規(guī)性檢查（如檢查資產(chǎn)名稱，業(yè)務(wù)IP地址，以及業(yè)務(wù)網(wǎng)卡MAC地址是否存在沖突等）。然后根據(jù)推送下發(fā)的作業(yè)配置文件，自動(dòng)更新Cobbler服務(wù)器上的組件配置服務(wù)（如更新DHCP服務(wù)，Cobbler System，以及目標(biāo)服務(wù)器自動(dòng)應(yīng)答文件等）。組件服務(wù)更新完畢后，開始執(zhí)行目標(biāo)物理服務(wù)器自動(dòng)化批量部署腳本。裸金屬物理服務(wù)器自動(dòng)化批量部署腳本的執(zhí)行邏輯流程如圖2所示。

2.4 網(wǎng)絡(luò)喚醒

Cobbler服務(wù)器根據(jù)目標(biāo)服務(wù)器的BMC硬件管理配置指標(biāo)參數(shù)，通過目標(biāo)服務(wù)器的BMC管理網(wǎng)絡(luò)對(duì)其執(zhí)行相應(yīng)的電源管理API指令，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)加電喚醒，同時(shí)返回其電源狀態(tài)信息至Cobbler服務(wù)器。

2.5 網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)和啟動(dòng)

目標(biāo)服務(wù)器喚醒開機(jī)后，通過PXE引導(dǎo)方式，在業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中廣播dhcp_discover報(bào)文，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的DHCP服務(wù)器響應(yīng)并分配臨時(shí)IP地址和PXE引導(dǎo)文件位置信息給目標(biāo)服務(wù)器。目標(biāo)服務(wù)器將根據(jù)DHCP服務(wù)器提供的位置信息下載位于TFTP服務(wù)器上的PXE引導(dǎo)文件和目標(biāo)服務(wù)器操作系統(tǒng)配置文件。利用PXE引導(dǎo)文件，下載位于TFTP服務(wù)器上的操作系統(tǒng)啟動(dòng)文件并加載至目標(biāo)服務(wù)器內(nèi)存中，構(gòu)成臨時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)。

2.6 操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安裝

目標(biāo)服務(wù)器借助運(yùn)行在內(nèi)存上的臨時(shí)操作系統(tǒng)，根據(jù)目標(biāo)服務(wù)器自動(dòng)應(yīng)答文件中的配置內(nèi)容，從系統(tǒng)軟件庫(kù)獲取操作系統(tǒng)和系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件的數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包下載安裝至目標(biāo)服務(wù)器的本地磁盤，構(gòu)建本地磁盤操作系統(tǒng)。

2.7 操作系統(tǒng)自動(dòng)化配置

目標(biāo)服務(wù)器根據(jù)自動(dòng)應(yīng)答文件中的操作系統(tǒng)配置信息，在服務(wù)器操作系統(tǒng)安裝過程中對(duì)物理設(shè)備的配置指標(biāo)參數(shù)與操作系統(tǒng)資源參數(shù)（包括文件系統(tǒng)規(guī)劃分區(qū)、安全加固、用戶資源限制等）進(jìn)行自動(dòng)化初始配置。

2.8 任務(wù)交付

在執(zhí)行物理服務(wù)器自動(dòng)化批量部署過程中，Cobbler服務(wù)器會(huì)記錄每個(gè)執(zhí)行階段的執(zhí)行數(shù)據(jù)日志，便于作業(yè)任務(wù)跟蹤以及作業(yè)失敗的問題追溯。自動(dòng)化批量部署作業(yè)任務(wù)完成后，所有物理服務(wù)器均為為開啟狀態(tài)。

3 結(jié)束語(yǔ)

相較于虛擬服務(wù)器，裸金屬物理服務(wù)器由于其固有硬件物理實(shí)體屬性，在資源部署與配置方面缺乏靈活性，導(dǎo)致云計(jì)算平臺(tái)通常無(wú)法動(dòng)態(tài)控制管理物理服務(wù)器，限制了云計(jì)算平臺(tái)的發(fā)展與應(yīng)用場(chǎng)景。因此，本研究基于Cobbler服務(wù)工具進(jìn)行二次開發(fā)與封裝，建立形成了一套裸金屬物理服務(wù)器自動(dòng)化批量部署方法，該方法通過Cobbler網(wǎng)絡(luò)部署中央調(diào)度控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了云計(jì)算平臺(tái)中裸金屬物理服務(wù)器高效的自動(dòng)化批量安裝與配置。

然而，裸金屬物理服務(wù)器電源自啟動(dòng)以及操作系統(tǒng)自動(dòng)化安裝配置只是云計(jì)算平臺(tái)控制管理裸金屬物理服務(wù)器的第一步，未來(lái)將深入研究如何自動(dòng)創(chuàng)建云計(jì)算平臺(tái)中裸金屬物理服務(wù)器集群，并能為集群自動(dòng)添加、刪除物理服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)物理服務(wù)器計(jì)算資源的彈性伸縮。

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