Openstack框架的大數(shù)據(jù)課程教學(xué)平臺搭建及實驗規(guī)劃

陳曉亮

摘 要 大數(shù)據(jù)作為一個熱點技術(shù)和服務(wù)被廣泛應(yīng)用于社會與學(xué)術(shù)等領(lǐng)域。本文考慮高校大數(shù)據(jù)與云計算課程教學(xué)實踐過程較少涉及環(huán)境配置方面的問題。綜合學(xué)生面對繁雜的配置工具和方法的困難，提出了用Devstack實現(xiàn)Openstack單節(jié)點云平臺搭建的大數(shù)據(jù)相關(guān)課程平臺搭建實驗規(guī)劃。以此更好地服務(wù)于高校的信息類專業(yè)本科人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 大數(shù)據(jù) 高校信息化 課程規(guī)劃

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.06.024

Abstract Big data as a hot technology and services are widely used in fields such as social and academic. In this paper， the process of teaching practice of big data and cloud computing course in Colleges and universities is little involved in the problem of environment configuration. Comprehensive students faced with complex configuration tools and methods of difficulties， proposed using Devstack to achieve Openstack single node cloud platform to build a large data related courses platform to build experimental planning. In order to better serve the information professional undergraduate talent training in Colleges and universities.

Key words big data； college information； course planning

0 引言

近年來，隨著社會信息化程度的加劇，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)被廣泛關(guān)注，數(shù)據(jù)被認為是基礎(chǔ)性資源，逐漸影響每個人的生活方式。高校作為實踐育人、推動創(chuàng)新的載體，承擔(dān)著服務(wù)社會、發(fā)展科學(xué)的重要任務(wù)。大部分工科類高校，或綜合類高校的信息、計算機、物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)均相繼開授大數(shù)據(jù)與云計算等必修課程，以滿足與時俱進培養(yǎng)信息類人才的需求。

以西華大學(xué)計算機與軟件工程學(xué)院為例，該學(xué)院累計三個本科專業(yè)：計算機科學(xué)與技術(shù)，軟件工程，物聯(lián)網(wǎng)均開授大數(shù)據(jù)相關(guān)課程。根據(jù)側(cè)重點不同，開授的課程分別為大數(shù)據(jù)與云計算，移動大數(shù)據(jù)技術(shù)，大數(shù)據(jù)分析等相關(guān)課程。

基于此，本文以O(shè)penstack云平臺搭建為目標，規(guī)劃了兩個重要的大數(shù)據(jù)課程實驗：（1）用Devstack單機安裝Openstack Juno單節(jié)點環(huán)境。（2）用虛擬機安裝Devstack。文中給出了實驗規(guī)劃的理由，實驗流程、教師課前準備以及學(xué)生操作步驟等，以此填補我校學(xué)生實驗缺乏平臺搭建實踐的空缺。

1 OpenStack安裝部署實驗規(guī)劃

隨著行業(yè)軟件功能及不同環(huán)境版本的增加，通過對近三年西華大學(xué)各計算機與信息類工科專業(yè)學(xué)生首次接觸實踐課程難點調(diào)查的問卷統(tǒng)計。我們發(fā)現(xiàn)，軟件安裝與系統(tǒng)兼容被認為是初學(xué)者最難度過的首要關(guān)卡，通常認為的首個程序或首個應(yīng)用已經(jīng)不再是阻礙學(xué)生進一步學(xué)習(xí)的重要因素。

大數(shù)據(jù)的課程尤為如此。不管是分布式批量計算的Hadoop、HBase、Hive、Drill等還是分布式流式計算的Apache Storm，或者是云平臺搭建的OpenStack，其安裝過程都尤為復(fù)雜。我校計算機與物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)已行的大數(shù)據(jù)實驗大綱并沒有面向?qū)W生的安裝部署實驗。往往學(xué)完相關(guān)課程，能夠做大數(shù)據(jù)分析，卻不能自行部署適用的軟件環(huán)境。顯然需要做進一步的改進。基于此，本文在此提出一種可行的用于學(xué)生的Opstack安裝部署實驗。

用于教學(xué)的OpenStack平臺部署需要考慮應(yīng)用環(huán)境問題：（1）Demo環(huán)境：快速，簡單，最小化的Openstack環(huán)境，作為運維操作課程的講課環(huán)境。對硬件要求小，采用現(xiàn)有硬件或者虛擬化環(huán)境。（2）學(xué)生實驗環(huán)境：低成本，學(xué)生親手體驗Openstack環(huán)境。安全性低。規(guī)模小，穩(wěn)定性/安全性要求低。適合開源軟件。本文提出的部署規(guī)劃適用于學(xué)生實驗環(huán)境。Openstack的部署安裝分為三類：單節(jié)點結(jié)構(gòu)，雙節(jié)點結(jié)構(gòu)和多節(jié)點結(jié)果。考慮一般高校實驗室的情況，本科學(xué)生實驗通常只能采取單節(jié)點結(jié)構(gòu)布置。即一臺服務(wù)器運行所有的nova組件，同時也驅(qū)動虛擬實例。這種配置只為實驗的目的進行安裝，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 Openstack安裝部署實驗一：用Devstack單機安裝Openstack Juno單節(jié)點環(huán)境

通過多次物理服務(wù)器與虛擬指標配比，我們認為以下環(huán)境為Devstack的最佳軟件環(huán)境：物理服務(wù)器16Core，64G，600G。由VMware軟件虛擬成10個環(huán)境，其虛擬配置分別為Devstack 4Core，6G，50G。所有環(huán)境均由同一個中心節(jié)點進行控制。圖2為Devstack實驗環(huán)境的物理連接圖。

考慮Devstack的標準安裝過程需要從Internet下載Openstack代碼和python庫，而課堂環(huán)境沒有足夠的帶寬供大家實時下載。因此教師應(yīng)該預(yù)先準備Devstack環(huán)境的鏡像。即學(xué)生直接拿到老師配置好環(huán)境的Devstack并在此基礎(chǔ)上進行操作。

學(xué)生具體實驗步驟規(guī)劃如下：

（1）學(xué)生分組及各節(jié)點IP由教師預(yù)先配置，如表1所示。按照10人一組為編號，共享一個控制節(jié)點（vCenter），10人分別對應(yīng)前面所述虛擬化的10個環(huán)境，此種配置采用4臺物理服務(wù)器一般情況下即能滿足一個教學(xué)單位的教學(xué)。也可根據(jù)實際情況做小量微調(diào)。

（2）學(xué)生操作流程如下：①打開筆記本wifi功能（如是臺式機則用無線wifi工具轉(zhuǎn)接），連接自己的wifi SSID。②自動獲取IP地址，ping通各自分組的控制節(jié)點地址。③通過SSH進入自己的Devstack實驗環(huán)境，以glin用戶登錄。登錄之后打開localrc文件，修改IP：HOST_IP=自己的主機IP地址。另添加新的配置RECLONE=false、 OFFLINE=true和disable_service tempest。⑤運行./stack，系統(tǒng)會自動化編譯openstack juno版本。最后出現(xiàn)登錄Openstack的方法表示安裝成功。⑥執(zhí)行./stack.sh，從輸出信息“This is your host ip： 10.30.30.200； Horizon is now available at http：//10.30.30.200/； Keystone is serving at http：//10.30.30.200：5000/； The default users are： admin and demo； The password： password；2016-0102 11：52：48.731 | stack.sh completed in 240 seconds. ”可以知道執(zhí)行的步驟和結(jié)果。⑦學(xué)生需要學(xué)會安裝后的細節(jié)檢查。第一種方式為通過瀏覽器訪問Openstack服務(wù)。另一種方式為通過命令行模式檢查環(huán)境變量和服務(wù)狀態(tài)。

1.2 Openstack安裝部署實驗二：用虛擬機安裝Devstack

在1.1節(jié)中，教師事先配置了Devstack環(huán)境并發(fā)布給學(xué)生操作。對于學(xué)有余力的學(xué)生，可以學(xué)習(xí)Devstack的安裝方法。實驗步驟如下：

（1）安裝Vmware Workstation 虛擬化軟件，要注意該軟件只在Windows平臺運行。

（2）創(chuàng)建Ubuntu 14.04虛擬機，虛擬機類型為Linux下Ubuntu64位，虛擬機資源動態(tài)分配4G內(nèi)存和50G硬盤，配置虛擬機第一塊網(wǎng)卡為NAT模式，第二塊網(wǎng)卡為Host-Only模式；下載Ubuntu 14.04官方安裝包鏡像安裝并創(chuàng)建一個用戶，用于Devstack安裝，其余均選擇默認。

（3）配置網(wǎng)絡(luò)連接。

（4）下載Devstack軟件包，配置Devstack。

（5）配置Openstack安裝環(huán)境，下載并安裝Openstack運行所需要的系統(tǒng)軟件，大概包括一些python的組件、mysql、rabbitmq-server等。下載openstack組件，包括nova 、keystone、glance、noVNC、horizon等。下載并安裝openstack源碼所依賴的python庫和框架。安裝openstack各組件。啟動各項服務(wù)。

（6）如1.1節(jié)所描述自動安裝Openstack組件并執(zhí)行安裝后的檢查。Openstack單節(jié)點部署實驗過程完畢。學(xué)生提交執(zhí)行記錄及截圖報告用于實驗成績考評。

2 結(jié)論

本文考慮高校大數(shù)據(jù)與云計算課程教學(xué)實踐過程較少涉及環(huán)境配置方面的問題。綜合學(xué)生面對繁雜的配置工具和方法的困難，以西華大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)課程教學(xué)為基礎(chǔ)，提出了用Devstack實現(xiàn)Openstack單節(jié)點云平臺搭建的實驗規(guī)劃。部署實驗一，由教師配置好部署工具Devstack并做成鏡像于上課時發(fā)布給學(xué)生，學(xué)生可直接安裝環(huán)境并完成Openstack后續(xù)操作，減輕學(xué)生對云平臺搭建的恐懼感。其次，部署實驗二提供用虛擬機VMware工作站安裝Devstack的方法細節(jié)。該實驗也可提供給學(xué)有余力的同學(xué)，或希望驗證理論的教師和學(xué)生。本文的方法硬件需求小，適用于各高校同類課程的理論與實驗教學(xué)。

參考文獻

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