基于OpenStack的云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用

蔡潔

摘要：隨著信息時(shí)代的不斷發(fā)展，我國(guó)逐漸加大了對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全調(diào)控的力度，以滿足多元化的實(shí)訓(xùn)需求。而OpenStack的出現(xiàn)和應(yīng)用為更好地建設(shè)云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)有重要作用，在OpenStack的應(yīng)用背景下，加強(qiáng)對(duì)云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)和應(yīng)用勢(shì)在必行?；谝陨锨闆r，本文首先在介紹云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)框架的基礎(chǔ)上，從控制節(jié)點(diǎn)的安裝和配置、計(jì)算節(jié)點(diǎn)的部署、云平臺(tái)用戶權(quán)限三個(gè)方面，分析了云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè);接著從基于OpenStack的桌面云系統(tǒng)、基于OpenStack的大數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境兩個(gè)方面，研究了云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用。希望通過(guò)這次研究，為相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員提供有效的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：OpenStack;云計(jì)算;實(shí)訓(xùn)平臺(tái);建設(shè);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP393.07? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用下，我國(guó)云服務(wù)水平得到了顯著提升，大量高校逐漸加入到云計(jì)算相關(guān)專業(yè)課程的開(kāi)發(fā)隊(duì)伍中。為進(jìn)一步建設(shè)云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，提高高?？蒲兴?，保證對(duì)人才培養(yǎng)發(fā)揮出重要作用，OpenStack作為云平臺(tái)建設(shè)中常用的主流架構(gòu)技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用于諸多高校云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中，并取得了良好的應(yīng)用效果。因此，為了進(jìn)一步提高高校人才的培養(yǎng)質(zhì)量，在OpenStack的應(yīng)用背景下，如何科學(xué)建設(shè)和應(yīng)用云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員必須思考和解決的問(wèn)題。

1? 云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)框架

云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)作為高校實(shí)訓(xùn)教學(xué)中常用的系統(tǒng)，在具體的建設(shè)中，需要針對(duì)用戶的個(gè)性化使用需求，對(duì)實(shí)訓(xùn)環(huán)境進(jìn)行智能化創(chuàng)建，并為用戶提供相應(yīng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)功能和管理服務(wù)功能，從而為用戶帶來(lái)良好的使用體驗(yàn)，盡可能滿足高校實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需求[1]。為此，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員要重視對(duì)云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)框架的科學(xué)設(shè)計(jì)，確保該平臺(tái)能夠?yàn)橛脩籼峁?qiáng)大的大數(shù)據(jù)處理功能以及存儲(chǔ)和管理分布式信息數(shù)據(jù)的功能。

1.1? 云平臺(tái)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在OpenStack的應(yīng)用背景下，為了保證云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)水平，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員要重視對(duì)云平臺(tái)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，云平臺(tái)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖中可以看出，該平臺(tái)主要由控制節(jié)點(diǎn)主機(jī)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)主機(jī)兩個(gè)部分組成，同時(shí)，還充分應(yīng)用了虛擬服務(wù)器，在有效結(jié)合多節(jié)點(diǎn)模式應(yīng)用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用擴(kuò)大計(jì)算節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的方式，對(duì)該平臺(tái)的功能進(jìn)行不斷修改、優(yōu)化和完善，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該平臺(tái)運(yùn)行性能的進(jìn)一步提升。此外，該平臺(tái)在具體的規(guī)劃中，主要用到了兩種類型的網(wǎng)格，一種是管理網(wǎng)格，另一種是數(shù)據(jù)網(wǎng)格。其中管理網(wǎng)格主要用于對(duì)相關(guān)操作系統(tǒng)通信功能的更新和完善[2]，以發(fā)揮OpenStack組件的應(yīng)用優(yōu)勢(shì);而數(shù)據(jù)網(wǎng)格主要用于對(duì)虛擬服務(wù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，確保虛擬服務(wù)器的運(yùn)行性能。云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在具體的建設(shè)中，還為CloudController（中文簡(jiǎn)稱“云控制器”）和NetworkController（中文簡(jiǎn)稱“網(wǎng)絡(luò)控制器”）等多臺(tái)虛擬機(jī)提供了強(qiáng)大的控制節(jié)點(diǎn)支撐。同時(shí)，這兩種服務(wù)器還為OpenStack相關(guān)控制服務(wù)器提供了良好的運(yùn)行環(huán)境，確保OpenStack相關(guān)控制服務(wù)器能夠在控制節(jié)點(diǎn)的作用下能夠可靠、穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。

1.2? 云平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

OpenStack作為常用的云開(kāi)源框架技術(shù)，在云平臺(tái)框架設(shè)計(jì)中占據(jù)著舉足輕重的地位，通過(guò)應(yīng)用OpenStack對(duì)云平臺(tái)框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理，還能為更好地簡(jiǎn)化虛擬機(jī)部署流程以及提高計(jì)算節(jié)點(diǎn)的可拓展性創(chuàng)造良好的條件。因此，在對(duì)云平臺(tái)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員要在充分結(jié)合云環(huán)境部署需求的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)云平臺(tái)相關(guān)功能的維護(hù)和更新，確保云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的運(yùn)行性能。此外，為了保證良好的用戶體驗(yàn)，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員還要充分借助OpenStack服務(wù)組件，根據(jù)高校實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)際需求，提高軟硬件資源的利用率，對(duì)云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控，以達(dá)到智能化部署相關(guān)服務(wù)器的目的。只有這樣，才能確保云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)功能的強(qiáng)大性。

2? 云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)

在云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)具體的建設(shè)過(guò)程中主要涉及制節(jié)點(diǎn)安裝和配置、計(jì)算節(jié)點(diǎn)部署、云平臺(tái)用戶權(quán)限設(shè)置三大環(huán)節(jié)。因此，為了充分發(fā)揮和應(yīng)用OpenStack的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提高云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)水平，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員要在有效結(jié)合用戶個(gè)性化需求的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照以上環(huán)節(jié)的操作標(biāo)準(zhǔn)和要求[3]進(jìn)行實(shí)施，提高云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的運(yùn)行性能。

2.1? 控制節(jié)點(diǎn)的安裝和配置

在該環(huán)節(jié)中，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員要充分利用控制服務(wù)器對(duì)控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安裝和部署。控制服務(wù)器主要運(yùn)行在CloudController和NetworkController兩個(gè)虛擬機(jī)中，控制節(jié)點(diǎn)在具體的安裝中主要采用了腳本安裝方式進(jìn)行安裝，在這個(gè)過(guò)程中，充分利用了DVD光盤的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在借助物理服務(wù)器的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)化安裝[4]。此外，還要根據(jù)相關(guān)腳本的設(shè)置需求，在確保操作系統(tǒng)成功安裝完畢后，需要相關(guān)工作人員采用系統(tǒng)重啟的方式，完成對(duì)以下網(wǎng)絡(luò)配置相關(guān)參數(shù)的配置。（1）根據(jù)管理網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)兩種網(wǎng)卡的使用需求，完成對(duì)網(wǎng)卡相關(guān)參數(shù)的配置。通常情況下，管理網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)卡和數(shù)據(jù)管理網(wǎng)卡的默認(rèn)值分別是eth0和eth1，相關(guān)人員可以根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)這些默認(rèn)值進(jìn)行自行修改和配置。（2）加強(qiáng)對(duì)管理網(wǎng)絡(luò)相關(guān)信息數(shù)據(jù)的配置。在這個(gè)過(guò)程中，需要的配置信息參數(shù)主要包含IP地址范圍和動(dòng)態(tài)IP地址范圍，在這兩種地址范圍進(jìn)行配置的過(guò)程中，必須確保兩種地址的指定范圍是獨(dú)立的、不可交叉重復(fù)的，以避免因兩種地址出現(xiàn)交叉重復(fù)而發(fā)生沖突，進(jìn)而影響管理網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)卡的正常運(yùn)行。另外，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員還要重視對(duì)路由器地址和子網(wǎng)掩碼等各個(gè)參數(shù)的配置。（3）加強(qiáng)對(duì)兩種服務(wù)器IP地址的配置，這兩種服務(wù)器分別是NTP服務(wù)器和DNS服務(wù)器。在這個(gè)過(guò)程中，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員要對(duì)主機(jī)域名進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，確保系統(tǒng)故障信息能夠正常、穩(wěn)定地發(fā)送給相應(yīng)的郵件地址，從而保證通信的順暢性和有效性。

2.2? 計(jì)算節(jié)點(diǎn)的部署

計(jì)算節(jié)點(diǎn)主要用于對(duì)OpenStack虛擬機(jī)所需要的硬件環(huán)境的優(yōu)化和構(gòu)建，確保OpenStack虛擬機(jī)能夠可靠、穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在具體的建設(shè)中，離不開(kāi)對(duì)多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的使用。因此，為了保證計(jì)算節(jié)點(diǎn)的部署效果，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員要在充分利用xCAT工具的基礎(chǔ)上，采用集群管理的方式對(duì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的部署。首先，要采用導(dǎo)入虛擬機(jī)的方式，將用于安裝虛擬機(jī)的腳本工具鏡像導(dǎo)入xCAT虛擬機(jī)中，并對(duì)該虛擬機(jī)上的節(jié)點(diǎn)屬性進(jìn)行配置，以確保xCAT虛擬機(jī)能夠正常啟動(dòng)[5]。其次，當(dāng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)成功安裝完畢后，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員要采用登錄系統(tǒng)的方式，登錄到指定的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，然后對(duì)BIOS相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以達(dá)到安全啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的目的。最后，采用開(kāi)啟計(jì)算節(jié)點(diǎn)的方式，利用網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)系統(tǒng)對(duì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行重新獲取和配置，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化部署。

2.3? 云平臺(tái)用戶權(quán)限的設(shè)置

云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)所面向的用戶主要由以下兩種類型組成：普通用戶和管理員用戶。不同類型的用戶所擁有的操作權(quán)限也存在很大的差異。其中，普通用戶所擁有的平臺(tái)操作權(quán)限內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）能夠?qū)︾R像相關(guān)列表信息進(jìn)行查看和調(diào)用;（2）能夠?qū)μ摂M機(jī)相關(guān)信息進(jìn)行查看，并完成對(duì)虛擬機(jī)的自動(dòng)化創(chuàng)建和遷移;（3）可以采用創(chuàng)建快照的方式，記錄虛擬機(jī)整個(gè)運(yùn)行狀態(tài)[6]。管理員用戶所擁有的平臺(tái)操作權(quán)限內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）可以利用Nagio對(duì)云節(jié)點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)以及后臺(tái)管理程序運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看;（2）可以利用Gangl對(duì)平臺(tái)CPU、平臺(tái)磁盤等硬件的使用情況進(jìn)行查看和了解;（3）能夠利用Chef實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)相關(guān)服務(wù)功能的啟動(dòng)和終止操作。

3? 云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用

3.1? 基于OpenStack的桌面云系統(tǒng)

在OpenStack的應(yīng)用背景下，桌面云系統(tǒng)主要運(yùn)用了虛擬化技術(shù)，充分結(jié)合遠(yuǎn)程桌面協(xié)議，采用虛擬化處理的方式，完成了對(duì)計(jì)算機(jī)桌面環(huán)境的構(gòu)建。同時(shí)，還借助數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，為桌面虛擬機(jī)運(yùn)行提供良好的硬件環(huán)境，用戶通過(guò)客戶端，采用訪問(wèn)云端的方式進(jìn)入應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)信息數(shù)據(jù)的訪問(wèn)和調(diào)用[7]?？傊?，通過(guò)利用虛擬桌面架構(gòu)的模式實(shí)現(xiàn)對(duì)桌面云系統(tǒng)的構(gòu)建，用戶可以充分利用實(shí)訓(xùn)環(huán)境完成對(duì)虛擬機(jī)的自動(dòng)化管理和創(chuàng)建。桌面云系統(tǒng)在具體的應(yīng)用中，能夠充分利用相關(guān)軟件完成對(duì)實(shí)訓(xùn)鏡像的制作，為后期更好地分配內(nèi)存硬件資源奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，確保用戶所使用的軟件環(huán)境能夠滿足實(shí)訓(xùn)需求。在這個(gè)過(guò)程中，用戶僅僅需要采用登錄注冊(cè)的方式，申請(qǐng)相應(yīng)的操作權(quán)限，然后充分利用虛擬桌面，登錄并訪問(wèn)相應(yīng)的虛擬機(jī)，就可以在桌面云系統(tǒng)所提供的虛擬機(jī)環(huán)境下進(jìn)行一系列的實(shí)訓(xùn)操作。

基于OpenStack的桌面云架構(gòu)圖如圖2所示，從圖中可以看出，通過(guò)利用桌面云系統(tǒng)，可以借助計(jì)算節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)專用虛擬機(jī)的構(gòu)建，確保所構(gòu)建的虛擬機(jī)能夠滿足不同用戶的使用需求。同時(shí)，還要根據(jù)用戶的使用需求，利用虛擬機(jī)完成對(duì)相關(guān)操作系統(tǒng)的部署，并在結(jié)合桌面顯示協(xié)議的基礎(chǔ)上，為用戶提供虛擬機(jī)操作桌面，從而提高用戶的使用體驗(yàn)。

此外，用戶還能充分利用虛擬機(jī)內(nèi)部的CPU資源[8]，享受到桌面環(huán)境給自己的學(xué)習(xí)和工作帶來(lái)的方便。虛擬桌面在具體的運(yùn)用中，主要采用了映射管理方式，針對(duì)不同用戶的個(gè)性化需求，設(shè)計(jì)出符合用戶需求的個(gè)性化虛擬桌面。這樣一來(lái)，即使用戶在使用虛擬桌面的過(guò)程中出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接斷開(kāi)現(xiàn)象，用戶的數(shù)據(jù)仍然長(zhǎng)期有效地保存在虛擬桌面中，避免用戶重要信息數(shù)據(jù)的丟失或泄露，保護(hù)了用戶的個(gè)人隱私。對(duì)于桌面云系統(tǒng)而言，主要由以下兩種程序組成：客戶端程序和服務(wù)器端程序。其中服務(wù)器端程序主要被部署在CloudController服務(wù)器上，而客戶端程序主要被部署在客戶專用的設(shè)備上。管理員用戶通過(guò)使用桌面云系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大量租戶的創(chuàng)建，同時(shí)，還能在所有租戶的名下完成對(duì)單個(gè)用戶的創(chuàng)建。這樣一來(lái)，所有用戶在使用桌面云系統(tǒng)的過(guò)程中，僅能訪問(wèn)專屬于自己的桌面虛擬機(jī)，以達(dá)到保護(hù)用戶重要信息數(shù)據(jù)的目的。

3.2? 基于OpenStack的大數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，我國(guó)迎來(lái)了大數(shù)據(jù)時(shí)代。因此，在OpenStack的應(yīng)用背景下，大數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境的出現(xiàn)和應(yīng)用為存儲(chǔ)海量信息數(shù)據(jù)，提高計(jì)算效率提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。而基礎(chǔ)架構(gòu)云平臺(tái)具有存儲(chǔ)海量信息數(shù)據(jù)、計(jì)算和管理各類信息數(shù)據(jù)的強(qiáng)大功能。所以，將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于云計(jì)算平臺(tái)中，可以最大限度提高數(shù)據(jù)處理能力和存儲(chǔ)能力。為了保證高校大數(shù)據(jù)相關(guān)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的效率和效果，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員需要將分布式數(shù)據(jù)部署在云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上，充分應(yīng)用該平臺(tái)提高計(jì)算資源的利用率。此外，為了確保服務(wù)器能夠科學(xué)合理地利用計(jì)算資源，云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在具體的運(yùn)用中，還要借助Glance服務(wù)器來(lái)完成對(duì)虛擬機(jī)相關(guān)鏡像的錄制和存儲(chǔ)，所有鏡像在具體的制作中均用到了操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并采用Hadoop集群的方式，將大量的計(jì)算節(jié)點(diǎn)部署在云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上，從而最大限度發(fā)揮虛擬機(jī)的管理作用。一旦Hadoop集群所承擔(dān)的負(fù)載能力超過(guò)自身承受能力時(shí)，云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)還可采用申請(qǐng)硬件資源的方式，對(duì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行不斷增加，以爭(zhēng)取更多的存儲(chǔ)空間，緩解自身的負(fù)載壓力。為了充分發(fā)揮云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在OpenStack的應(yīng)用背景下，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員還可以采用建立集群的方式，完成對(duì)相關(guān)操作流程的優(yōu)化和完善。同時(shí)，還要對(duì)所需要的Hadoop參數(shù)進(jìn)行合理配置，以達(dá)到利用鏡像增刪改查計(jì)算節(jié)點(diǎn)的目的。

4? 結(jié)語(yǔ)

在OpenStack的應(yīng)用背景下，云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在建設(shè)和應(yīng)用方面取得了很大的突破和創(chuàng)新，該平臺(tái)不僅功能強(qiáng)大，通用性強(qiáng)，具有良好的用戶體驗(yàn)，還在高校教育領(lǐng)域中取得了顯著的應(yīng)用效果，深受廣大高校師生的青睞和喜愛(ài)。為了方便后期該平臺(tái)的維護(hù)和升級(jí)，相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)人員需要再接再厲，用更加優(yōu)雅的代碼擴(kuò)充更多實(shí)用的功能，從而為促進(jìn)云計(jì)算實(shí)訓(xùn)平臺(tái)健康、可持續(xù)發(fā)展，提高其應(yīng)用價(jià)值提供有力的保障。

（責(zé)任編輯：張? 瓊）

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