利用OpenStack構建私有云計算平臺的過程研究

姜新

（華北油田公司數(shù)據(jù)中心，河北 任丘 062552）

利用OpenStack構建私有云計算平臺的過程研究

姜新

（華北油田公司數(shù)據(jù)中心，河北 任丘 062552）

云計算是近幾年來IT領域非常熱門的研究方向，而私有云憑借其安全性、可控性以及有效利用IT設備資源等特性，在云計算領域占據(jù)重要位置。文章詳細介紹了OpenStack開源云計算平臺的架構以及OpenStack的5個功能模塊的關系，并重點介紹了一種基于OpenStack構建私有云的方案。

私有云；OpenStack；構建

1 系統(tǒng)框架

1.1 OpenStack簡介

OpenStack是由Rackspace和美國國家航空航天局（NASA）共同開發(fā)的云計算平臺，幫助服務商和企業(yè)內(nèi)部實現(xiàn)類似于Amazon EC2和S3的云基礎架構服務（Infrastructure as a Service，IaaS）。自2010年10月開始，OpenStack至今已經(jīng)發(fā)布了Austin、Bexar、Cactus、Diablo、Essexc以及mitaka 13個版本。由于OpenStack采用Apache 2.0許可證發(fā)布源代碼，因此在短短幾年時間內(nèi)就吸引了IBM、Cisco、HP等150家公司加入。

OpenStack是一個正在開發(fā)中的云計算平臺項目，根據(jù)成熟及重要程度的不同，被分解成核心項目、孵化項目等。它的主要的核心項目包括Nova（計算服務）、Swift（存儲服務）、Glance（鏡像服務）、Keystone（身份服務）、Horizon（UI界面）、Neutron（網(wǎng)絡地址管理）、Cinder（塊存儲服務）、Ceilometer（計量服務）和Heat（編排服務）等等，它們既可以組合在一起聯(lián)合工作，提供完整的云基礎架構服務；又可以獨立工作，分別提供虛擬化、云存儲、鏡像等服務此外，模塊化的設計能把老、舊、第三方的技術集成進來，從而滿足業(yè)務需要，也使得開發(fā)者能夠更容易地對OpenStack進行二次開發(fā)。

1.2 私有云平臺框架

基于OpenStack的開源框架介紹，本文所搭建的私有云計算平臺由計算服務（Nova）、存儲服務（Swift）、鏡像服務（Glance）、身份認證服務（Keystone）、Neutron（網(wǎng)絡地址管理）和Web界而服務（Horizon）共6個部分組成。其中Nova是云平臺的控制器，它提供一個工具部署云，包括運行虛擬化實例、管理網(wǎng)絡以及控制用戶和其他項目對云的訪問。Swift是一個大容量、可擴展的、內(nèi)置冗余和容錯機制的對象存儲系統(tǒng)。對象存儲支持多種應用，比如復制和存檔數(shù)據(jù)、圖像或視頻服務、存儲次級靜態(tài)數(shù)據(jù)、開發(fā)數(shù)據(jù)存儲整合的新應用、存儲容量難以估計的數(shù)據(jù)、為Web應用創(chuàng)建基于云的彈性存儲等。Glance是一個虛擬機鏡像的存儲、查詢和檢索系統(tǒng)，服務包括提供Restful API允許用戶查詢VM鏡像元數(shù)據(jù)以及檢索實際的鏡像。Keystone為運行OpenStack Compute上的OpenStack云提供了認證和管理用戶、賬號和角色信息服務，并為OpenStack Object Storage提供授權服務。Neutron為OpenStack其他服務提供網(wǎng)絡連接服務。為用戶提供接口，可以定義Network、Subnet、Router，配置DHCP、DNS、負載均衡、L3服務，還支持GRE、VXLAN。Horizon是提供給用戶來使用云平臺的Web前端界而，用戶可以使用它進行實例、密鑰、彈性塊存儲、鏡像、云存儲以及角色權限等的管理。OpenStack的5個服務的關系。

2 韻責藻灶雜賊葬糟噪項目的構成單元

首先，在OpenStack中用戶可以編寫、重構、發(fā)布自己的項目代碼以及私有軟件，實現(xiàn)最大意義上的開源和共享；其次，OpenStack開源產(chǎn)品可以通過虛擬化技術將硬件和網(wǎng)絡資源提供給用戶，實現(xiàn)服務器資源的高效利用；另外，OpenStack可以通過增加管理層來完成應用搭建、文件檢索以及資源的創(chuàng)建和分配等；最后，OpenStack還可以基于API接口進行二次開發(fā)。

OpenStack主要包含計算、對象存儲、身份認證、儀表盤、塊存儲、網(wǎng)絡和鏡像服務共七個單元，其中計算、對象存儲、身份認證和鏡像服務又可分別稱為Nova、Swift、Keystone和Glance，限于篇幅本文只對這四個組件進行詳細分析說明。

（1）Nova：該組件是虛擬資源管理和部署的標桿和依托，用戶可以基于Nova組件和API接口管理自己云計算系統(tǒng)中的虛擬服務器，實現(xiàn)與OpenStack計算服務之間的交互。總的說來，Nova的作用相當于一個控制器，其中Nova-API主要用于運行實例和初始化部署，Nova Volume用于服務商卷宗的操作。

（2）Keystone：該組件主要負責用戶信息的認證和管理，用戶的身份只有得到Keystone的認證才能獲得通話的資格，才能在需要通話的兩個服務器之間建立連接。總的說來，Keystone相當于一個服務總線，主要管理用戶的賬號、權限等信息，并根據(jù)相關標準提供授權。

（3）Swift：該組件主要提供存儲服務，除了具有容量大、冗余容錯性強、擴展性好等常規(guī)特性外，還具有存儲持久、架構對稱、無限擴展、故障率低、適用性強等優(yōu)勢。它的組件主要包括Proxy Server、Authentication Server、Cache Server等10個部分，Swift通過Proxy Server向外提供基于HTTP的REST服務接口，對賬戶、容器和對象進行CRUD等操作。

（4）Glance：該組件主要負責對虛擬映像的查詢、注冊、獲取等管理內(nèi)容，并將處理結果分享用戶。Glance組件共包含查詢（鏡像保留未上傳）、保存（鏡像上傳中）、激活（鏡像可用）和死亡（鏡像出錯失去效用）等四種狀態(tài)。另外，該組件與前述三個組件之間相互作用，最終實現(xiàn)OpenStack的功能。

3 基于韻責藻灶雜賊葬糟噪的云計算平臺系統(tǒng)實現(xiàn)

為便于說明，本文針對搭建基于OpenStack的中小企業(yè)云計算平臺，通過將平臺中的物理和網(wǎng)絡資源統(tǒng)一部署到同一個局域網(wǎng)中來方便用戶的分享使用，主要為用戶提供虛擬主機和云存儲功能。

3.1 云計算平臺的總體結構

本文所設計的云計算平臺中，基礎公用層的計算機操作系統(tǒng)選用Unbuntu Server，分析可以看出，云計算平臺主要由控制、計算、網(wǎng)絡三個方面的節(jié)組成。其中，控制節(jié)點作為平臺的核心環(huán)節(jié)負責監(jiān)控、協(xié)調(diào)、管理整個系統(tǒng)，用戶可以通過在控制節(jié)點部署的各個組件進行各種命令操作；計算節(jié)點作為平臺的末端環(huán)節(jié)主要負責具體的計算運行工作；網(wǎng)絡節(jié)點是平臺的中間環(huán)節(jié)，主要負責平臺中各種信息和數(shù)據(jù)的傳輸和配置。

3.2 云計算平臺的工作原理

由于本云計算平臺是基于OpenStack建立的，因此該平臺工作時是以OpenStack中的關鍵組件作為支撐的。其中，云計算平臺的服務以及運行狀態(tài)通過儀表盤（即Horizon組件）啟動和監(jiān)控，云計算平臺中的具體計算任務通過計算組件即（即Nova--API組件）來進行調(diào)度和執(zhí)行，云計算平臺中的虛擬鏡像存儲和檢索通過鏡像服務（即GIance-API組件）來實現(xiàn)的，云計算平臺中的數(shù)據(jù)和信息通過對象存儲（即Swift-API組件）來實現(xiàn)的，云計算平臺中用戶信息認證和準入管理是通過身份認證（即Keystone組件）進行交互。

3.3 云計算平臺的容錯系統(tǒng)

根據(jù)前述工作原理，云計算平臺中運行的信息均與上述的組件有關，由于這些信息一般儲存在數(shù)據(jù)庫和日志中，雖然能夠在分析數(shù)據(jù)庫和日志中發(fā)現(xiàn)出錯信息，但這樣的排查較為繁瑣，且常規(guī)的手動修改會造成過高投入、信息丟失等情況，為此需要采用專門的容錯機制。

首先，設置異常監(jiān)控層來專門提取平臺中出現(xiàn)的異常信息，并將其按照可否識別分為已定義和未定義兩種。對于可識別的異常信息，其處理流程為：發(fā)送至異常處理模塊——修正或代替出錯信息；而對于不能識別的異常信息，其處理流程為通知管理人員手動修復。

當異常信息處理完畢之后，要對其進行復查，若發(fā)現(xiàn)重復出錯現(xiàn)象，則應通知云計算平臺管理人員進行手動修復。云計算平臺的實現(xiàn)是一個復雜的研究過程，限于篇幅本文僅對平臺的結構、工作原理和容錯機制進行了分析，對平臺中控制、計算、網(wǎng)絡等節(jié)點的部署內(nèi)容也是研究的重點，這部分內(nèi)容需要在以后的研究中展開，本文所做的研究可以為相關理論分析和實際應用提供參考。

主要參考文獻

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10.3969/j.issn.1673-0194.2016.15.081

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1673-0194（2016）15-0133-03

2016-05-20