基于OpenStack的校園云計算平臺構建研究

樊為民

（鎮江高等專科學校，江蘇 鎮江 212003）

基于OpenStack的校園云計算平臺構建研究

樊為民

（鎮江高等專科學校，江蘇 鎮江 212003）

云計算技術的不斷發展與應用突出了其在資源效用比、按需服務等方面的優勢。與高校傳統的計算資源構建相比，云計算以其安全保障、資源分配彈性計算的高效能力以及硬件要求簡單便捷等特征，不斷加速多樣化需求下計算資源快速彈性構建的實現進程。文章基于Openstack進行了高校校園教學與科研云計算平臺的構建。經測試，平臺可向高校師生提供良好的虛擬服務器與虛擬云存儲服務。

云計算；OpenStack；彈性資源分配

當前，我國很多高校面臨著教學與科研資源豐富但欠缺共享能力的問題，為了滿足教學與科研需求，高校常需進行資源的多次配置，資源浪費現象十分明顯。早前，很多高校已開始在教學與科研資源計算中應用云計算技術的嘗試與探索，資源快速構建、彈性收縮以及按需使用等問題得到了較好的解決，在一定程度上滿足了教學與科研需求。然而，自云計算技術誕生以來，尚未制定一個針對性與合理性的方案實現高校教學與科研實驗的校園云計算平臺的構建與優化，文章進行基于OpenStack的校園云計算平臺構建及應用研究有重要的現實意義，有利于實現高校軟硬件教學與科研資源的整合，提高自動化、網絡化及數字化的教學與科研水平。

1 OpenStack的構建方式

OpenStack是由Rackspace與美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）共同研發與投入使用的一種云計算平臺，提供與Amazon EC2及S3類似的云基礎架構服務，它采用模塊化設計，主要有Nova，Swift，Glance3種，分別提供計算、存儲與鏡像服務。各模塊既可相互組合，以聯合工作的方式提供整套云基礎架構服務；又能各自進行獨立工作，分別發揮虛擬化、云存儲與鏡像功能。

利用現有技術，OpenStack主要有3種構建方式：（1）deb安裝。目前，很多操作系統都自帶已完成編譯工作的OpenStack相關資源軟件包，在進行OpenStack構建時，可直接借助自動化網絡實施安裝；（2）devstack安裝。這是一種主流方式，在云計算技術日益成熟的過程中，國外很多專家均實現了對與devstack相類似的安裝腳本的開發，借助devstack的運行，用戶可一鍵化構建OpenStack；（3）源代碼安裝。該方式相對復雜，所滿足的要求更加專業，數量也更多，通常，源代碼安裝需首先從OpenStack官網下載源代碼資源包，然后根據自身的實際情況修改OpenStack配置，對資源計算需求予以滿足。基于對各大高校實際教學與科研工作情況各不相同的考慮，應采用源代碼安裝方式進行OpenStack的構建。

2 基于OpenStack的云計算平臺構建

2.1 部署規劃

首先，分析高校數據中心與網絡的拓撲特征，與OpenStack設計架構相結合，分布式部署核心工程，利用HA（高可用）結構，在多個物理主機群內對各項工程進行獨立部署，按照HA架構構建關鍵組件，保證云計算平臺服務有足夠高的可用性。

2.2 部署基礎組件

OpenStack所需的基礎組件有兩種：數據庫與消息隊列。其中，數據庫用于OpenStack運行中關鍵信息與狀態的構建，消息隊列則用于OpenStack服務中各模塊之間的消息傳輸。

（1）數據庫部署。采用Mysql-5.5數據庫，參照方案Heartbeat HA+RAID（NFS）執行部署操作，對基于RAID的存儲池予以采用，用于存儲MySQL的數據信息，經由NFS掛載至多個Mysql服務端，通過虛擬IP，Heartbeat可轉發用戶訪問，傳至處于正常工作狀態的后端Mysql服務上。

（2）消息隊列部署。采用Rabbitmq，部署方式為主備HA方式，該方式要求針對消息隊列服務分別進行主服務與預備服務的部署，若主服務出現狀況，則由預備服務頂上，在激活后對主服務予以替代。

2.3 部署Keystone與Glance

兩項核心工程的部署流程為：安裝Mysql的client服務組件、pip工具等必要的第三方組件，根據服務所處服務器的實際信息進行配置文件（在/etc/keystone/與/etc/glance/目錄下）的修改，安裝系統服務，在數據庫中創建相應的數據表單，對表單中主要步驟予以同步。

在部署Glance時，需要設置存儲空間保存鏡像文件，采用RAID10的獨立存儲空間，利用NFS協議，在Glance物理主機上對該存儲空間進行掛載，使存儲與控制結構實現物理式分離。

Keystone與Glance中HA結構的實現要求系統對多點反向代理機制予以采用，即兩項服務的運行需采用多個物理節點，在前端，還要將其通過Nginx反向代理為同一個前端IP，利用Nginx負載均衡后端Keystone與Glance。若用戶訪問的鏈接比較多，該方式能均衡地將用戶的請求發送至后端多個Keystone與Glance服務上，保障服務負載均衡與HA的實現。

2.4 部署Nova與Cinder

兩項核心工程的部署流程為：安裝Mysql的client服務組件、pip工具等必要的第三方組件，Nova應包括KVM，Libvirt，Qume等虛擬化軟件，Ciner則應包括tgt，Iscsi等網絡設備協議管理。之后，根據服務所處服務器的實際信息進行配置文件（在/etc/nova/與/etc/cinder/目錄下）的修改，安裝系統服務，在數據庫中創建相應的數據表單，對表單中主要步驟予以同步。

系統服務為開放式資源服務，基于硬件設備投入效用比的考慮，將網絡存儲陣列用于Nova虛擬主機數據存儲空間，對本地化RAID10存儲陣列予以采用。在進行Cinder存儲部署時，基于塊存儲數據安全性的考慮，排除常規lvm卷存儲，對Nexenta存儲解決方案予以采用，將zfs文件系統用于Cinder后臺存儲中。實際上，Nova與Cinder服務本就屬于分布式部署方案，所以需在運行兩種服務的各個物理主機上啟動nova-api，nova-computer與cinder-api、cinder-volume進程，保障服務HA架構的實現。

3 OpenStack云計算平臺在校園教學與科研中的應用及其性能測試

3.1 基于OpenStack的云計算平臺在校園教學與科研中的應用

（1）云儲存。教學與科研信息化即云儲存的應用。其一，云儲存能夠有效整理教學與科研資源，對資源的重復浪費予以避免，師生可借助云儲存進行相應資源的查詢。其二，利用云儲存，可在資源建設的投入過程中整合各種教學與科研資源，提供多樣化資源版本，用于資源使用者的對比。基于OpenStack的教學與科研校園云計算平臺中的云儲存功能并非簡單的掛載文件儲存，它提供的是彈性儲存服務，通過REST，API功能，為師生提供利用瀏覽器與HTTP協議操作相關文件的便利。

（2）虛擬云。各高校均必須開展教學與科研活動，但這兩類活動過程復雜、管理不便，對時間與地點亦提出較高的要求。基于OpenStack的云計算平臺可彌補當前高校教學與科研活動中設施設備的缺陷，向其提供可靈活配置的環境，合理且有效地將資源共享給廣大師生。云計算系統主要由OpenStack資源池、Dashboard與瘦客戶端組成，其中，OpenStack資源池為軟硬件集合，Dashboard主要借助Nova與API提供虛擬資源訪問服務，瘦客戶端的功能則為遠程訪問或控制虛擬主機，向師生營造便捷式教學與科研活動空間環境。

3.2 平臺性能測試

對A校原有系統及基于OpenStack的校園云計算平臺進行對比，在待測原系統服務器上設置5個測試模塊，同樣，在校園云計算平臺內部虛擬服務器中設置5個測試模塊，利用Java開發的Apache Jmeter進行測試，測試發出請求試驗共1 346次，表1所示為測試平臺處理請求的速度。

系統在多模塊中應用時有明顯的差距，究其原因，主要在于單個模塊并不存在調用的問題。分析多模塊測試結果，基于OpenStack的校園云計算平臺響應時間較之原系統更長，主要是因為原系統中各模塊之間的調用所消耗的只是切換時間，但校園云計算平臺中測試模塊則分布于虛擬機上，調用模塊消耗的時間會較長。雖然響應時間有所延長，但云計算平臺能夠在虛擬機上進行相應模塊的針對性布置與服務，這能夠大幅降低各模塊間的相互干擾，實現資源利用率的提高，為系統運營與維護提供便利，同時，更容易進行故障信息的排查。

表1 平臺性能測試結果

[1]趙保華.OpenStack構建下的云計算平臺實現與研究[J].激光雜志，2014（11）：117-119.

[2]萬宏鳳.基于OpenStack的教學云計算平臺的構建與應用[J].中國高新技術企業，2015（20）：45-46.

Research on establishment of campus cloud computing platform based on OpenStack

Fan Weimin
（Zhenjiang College, Zhenjiang 212003, China）

The continuous development and application of cloud computing technology give a prominence to advantages of its resource utility ratio and oracle on demand. Compared with the traditional compute resource built in colleges, cloud computing accelerates the realization process of computing resource’s fast elastic construction under the needs of diversi fi ed demands with its characteristics of security guarantee, resource allocation, fl exible computing ability, simple and convenient hardware requirements. The paper makes an analysis on establishment of campus cloud computing platform based on OpenStack. The test result showed the platform can provide good service of virtual server and virtual cloud storage for college teachers and students.

cloud computing; OpenStack; elastic resource allocation

樊為民（1969— ），男，江蘇泗陽，本科，副教授；研究方向：軟件工程。