基于OpenStack的云計算實訓(xùn)平臺建設(shè)與應(yīng)用

蔡潔

摘要：隨著信息時代的不斷發(fā)展，我國逐漸加大了對網(wǎng)絡(luò)安全調(diào)控的力度，以滿足多元化的實訓(xùn)需求。而OpenStack的出現(xiàn)和應(yīng)用為更好地建設(shè)云計算實訓(xùn)平臺有重要作用，在OpenStack的應(yīng)用背景下，加強對云計算實訓(xùn)平臺的建設(shè)和應(yīng)用勢在必行。基于以上情況，本文首先在介紹云計算實訓(xùn)平臺設(shè)計框架的基礎(chǔ)上，從控制節(jié)點的安裝和配置、計算節(jié)點的部署、云平臺用戶權(quán)限三個方面，分析了云計算實訓(xùn)平臺的建設(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)境兩個方面，研究了云計算實訓(xùn)平臺的應(yīng)用。希望通過這次研究，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;云計算;實訓(xùn)平臺;建設(shè);應(yīng)用

中圖分類號：TP393.07? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

在云計算技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用下，我國云服務(wù)水平得到了顯著提升，大量高校逐漸加入到云計算相關(guān)專業(yè)課程的開發(fā)隊伍中。為進一步建設(shè)云計算實訓(xùn)平臺，提高高校科研水平，保證對人才培養(yǎng)發(fā)揮出重要作用，OpenStack作為云平臺建設(shè)中常用的主流架構(gòu)技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用于諸多高校云計算實訓(xùn)平臺中，并取得了良好的應(yīng)用效果。因此，為了進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)用云計算實訓(xùn)平臺是相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1? 云計算實訓(xùn)平臺的設(shè)計框架

云計算實訓(xùn)平臺作為高校實訓(xùn)教學(xué)中常用的系統(tǒng)，在具體的建設(shè)中，需要針對用戶的個性化使用需求，對實訓(xùn)環(huán)境進行智能化創(chuàng)建，并為用戶提供相應(yīng)的應(yīng)用開發(fā)功能和管理服務(wù)功能，從而為用戶帶來良好的使用體驗，盡可能滿足高校實訓(xùn)教學(xué)的需求[1]。為此，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員要重視對云計算實訓(xùn)平臺框架的科學(xué)設(shè)計，確保該平臺能夠為用戶提供強大的大數(shù)據(jù)處理功能以及存儲和管理分布式信息數(shù)據(jù)的功能。

1.1? 云平臺拓撲結(jié)構(gòu)

在OpenStack的應(yīng)用背景下，為了保證云計算實訓(xùn)平臺的建設(shè)水平，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員要重視對云平臺拓撲結(jié)構(gòu)的設(shè)計，云平臺拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖中可以看出，該平臺主要由控制節(jié)點主機和計算節(jié)點主機兩個部分組成，同時，還充分應(yīng)用了虛擬服務(wù)器，在有效結(jié)合多節(jié)點模式應(yīng)用特點的基礎(chǔ)上，采用擴大計算節(jié)點個數(shù)的方式，對該平臺的功能進行不斷修改、優(yōu)化和完善，從而實現(xiàn)對該平臺運行性能的進一步提升。此外，該平臺在具體的規(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;而數(shù)據(jù)網(wǎng)格主要用于對虛擬服務(wù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，確保虛擬服務(wù)器的運行性能。云計算實訓(xùn)平臺在具體的建設(shè)中，還為CloudController（中文簡稱“云控制器”）和NetworkController（中文簡稱“網(wǎng)絡(luò)控制器”）等多臺虛擬機提供了強大的控制節(jié)點支撐。同時，這兩種服務(wù)器還為OpenStack相關(guān)控制服務(wù)器提供了良好的運行環(huán)境，確保OpenStack相關(guān)控制服務(wù)器能夠在控制節(jié)點的作用下能夠可靠、穩(wěn)定、安全地運行。

1.2? 云平臺架構(gòu)設(shè)計

OpenStack作為常用的云開源框架技術(shù)，在云平臺框架設(shè)計中占據(jù)著舉足輕重的地位，通過應(yīng)用OpenStack對云平臺框架進行設(shè)計，不僅可以實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理，還能為更好地簡化虛擬機部署流程以及提高計算節(jié)點的可拓展性創(chuàng)造良好的條件。因此，在對云平臺架構(gòu)進行設(shè)計的過程中，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，加強對云平臺相關(guān)功能的維護和更新，確保云計算實訓(xùn)平臺的運行性能。此外，為了保證良好的用戶體驗，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)高校實訓(xùn)教學(xué)的實際需求，提高軟硬件資源的利用率，對云計算實訓(xùn)平臺實際運行狀態(tài)進行全面監(jiān)控，以達到智能化部署相關(guān)服務(wù)器的目的。只有這樣，才能確保云計算實訓(xùn)平臺功能的強大性。

2? 云計算實訓(xùn)平臺的建設(shè)

在云計算實訓(xùn)平臺具體的建設(shè)過程中主要涉及制節(jié)點安裝和配置、計算節(jié)點部署、云平臺用戶權(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，提高云計算實訓(xùn)平臺的建設(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]進行實施，提高云計算實訓(xùn)平臺的運行性能。

2.1? 控制節(jié)點的安裝和配置

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)器對控制節(jié)點進行安裝和部署。控制服務(wù)器主要運行在CloudController和NetworkController兩個虛擬機中，控制節(jié)點在具體的安裝中主要采用了腳本安裝方式進行安裝，在這個過程中，充分利用了DVD光盤的應(yīng)用優(yōu)勢，在借助物理服務(wù)器的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對控制節(jié)點的自動化安裝[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)卡的默認值分別是eth0和eth1，相關(guān)人員可以根據(jù)實際需要，對這些默認值進行自行修改和配置。（2）加強對管理網(wǎng)絡(luò)相關(guān)信息數(shù)據(jù)的配置。在這個過程中，需要的配置信息參數(shù)主要包含IP地址范圍和動態(tài)IP地址范圍，在這兩種地址范圍進行配置的過程中，必須確保兩種地址的指定范圍是獨立的、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，進而影響管理網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)卡的正常運行。另外，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員還要重視對路由器地址和子網(wǎng)掩碼等各個參數(shù)的配置。（3）加強對兩種服務(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。在這個過程中，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員要對主機域名進行科學(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? 計算節(jié)點的部署

計算節(jié)點主要用于對OpenStack虛擬機所需要的硬件環(huán)境的優(yōu)化和構(gòu)建，確保OpenStack虛擬機能夠可靠、穩(wěn)定、安全地運行。云計算實訓(xùn)平臺在具體的建設(shè)中，離不開對多個計算節(jié)點的使用。因此，為了保證計算節(jié)點的部署效果，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計算節(jié)點進行科學(xué)合理的部署。首先，要采用導(dǎo)入虛擬機的方式，將用于安裝虛擬機的腳本工具鏡像導(dǎo)入xCAT虛擬機中，并對該虛擬機上的節(jié)點屬性進行配置，以確保xCAT虛擬機能夠正常啟動[5]。其次，當(dāng)計算節(jié)點成功安裝完畢后，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員要采用登錄系統(tǒng)的方式，登錄到指定的計算節(jié)點，然后對BIOS相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，以達到安全啟動網(wǎng)絡(luò)的目的。最后，采用開啟計算節(jié)點的方式，利用網(wǎng)絡(luò)啟動系統(tǒng)對計算節(jié)點相關(guān)參數(shù)進行重新獲取和配置，從而實現(xiàn)計算節(jié)點的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化部署。

2.3? 云平臺用戶權(quán)限的設(shè)置

云計算實訓(xùn)平臺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操作權(quán)限內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下三個方面：（1）能夠?qū)︾R像相關(guān)列表信息進行查看和調(diào)用;（2）能夠?qū)μ摂M機相關(guān)信息進行查看，并完成對虛擬機的自動化創(chuàng)建和遷移;（3）可以采用創(chuàng)建快照的方式，記錄虛擬機整個運行狀態(tài)[6]。管理員用戶所擁有的平臺操作權(quán)限內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下三個方面：（1）可以利用Nagio對云節(jié)點的實際運行狀態(tài)以及后臺管理程序運行狀態(tài)進行實時查看;（2）可以利用Gangl對平臺CPU、平臺磁盤等硬件的使用情況進行查看和了解;（3）能夠利用Chef實現(xiàn)對計算節(jié)點相關(guān)服務(wù)功能的啟動和終止操作。

3? 云計算實訓(xùn)平臺的應(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)主要運用了虛擬化技術(shù)，充分結(jié)合遠程桌面協(xié)議，采用虛擬化處理的方式，完成了對計算機桌面環(huán)境的構(gòu)建。同時，還借助數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，為桌面虛擬機運行提供良好的硬件環(huán)境，用戶通過客戶端，采用訪問云端的方式進入應(yīng)用程序，實現(xiàn)對相關(guān)信息數(shù)據(jù)的訪問和調(diào)用[7]。總之，通過利用虛擬桌面架構(gòu)的模式實現(xiàn)對桌面云系統(tǒng)的構(gòu)建，用戶可以充分利用實訓(xùn)環(huán)境完成對虛擬機的自動化管理和創(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)軟件完成對實訓(xùn)鏡像的制作，為后期更好地分配內(nèi)存硬件資源奠定堅實的基礎(chǔ)，確保用戶所使用的軟件環(huán)境能夠滿足實訓(xùn)需求。在這個過程中，用戶僅僅需要采用登錄注冊的方式，申請相應(yīng)的操作權(quán)限，然后充分利用虛擬桌面，登錄并訪問相應(yīng)的虛擬機，就可以在桌面云系統(tǒng)所提供的虛擬機環(huán)境下進行一系列的實訓(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，通過利用桌面云系統(tǒng)，可以借助計算節(jié)點實現(xiàn)對專用虛擬機的構(gòu)建，確保所構(gòu)建的虛擬機能夠滿足不同用戶的使用需求。同時，還要根據(jù)用戶的使用需求，利用虛擬機完成對相關(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，為用戶提供虛擬機操作桌面，從而提高用戶的使用體驗。

此外，用戶還能充分利用虛擬機內(nèi)部的CPU資源[8]，享受到桌面環(huán)境給自己的學(xué)習(xí)和工作帶來的方便。虛擬桌面在具體的運用中，主要采用了映射管理方式，針對不同用戶的個性化需求，設(shè)計出符合用戶需求的個性化虛擬桌面。這樣一來，即使用戶在使用虛擬桌面的過程中出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接斷開現(xiàn)象，用戶的數(shù)據(jù)仍然長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，保護了用戶的個人隱私。對于桌面云系統(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。管理員用戶通過使用桌面云系統(tǒng)可以實現(xiàn)對大量租戶的創(chuàng)建，同時，還能在所有租戶的名下完成對單個用戶的創(chuàng)建。這樣一來，所有用戶在使用桌面云系統(tǒng)的過程中，僅能訪問專屬于自己的桌面虛擬機，以達到保護用戶重要信息數(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，我國迎來了大數(shù)據(jù)時代。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)用為存儲海量信息數(shù)據(jù)，提高計算效率提供了強大的技術(shù)支持。而基礎(chǔ)架構(gòu)云平臺具有存儲海量信息數(shù)據(jù)、計算和管理各類信息數(shù)據(jù)的強大功能。所以，將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于云計算平臺中，可以最大限度提高數(shù)據(jù)處理能力和存儲能力。為了保證高校大數(shù)據(jù)相關(guān)實訓(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)部署在云計算實訓(xùn)平臺上，充分應(yīng)用該平臺提高計算資源的利用率。此外，為了確保服務(wù)器能夠科學(xué)合理地利用計算資源，云計算實訓(xùn)平臺在具體的運用中，還要借助Glance服務(wù)器來完成對虛擬機相關(guān)鏡像的錄制和存儲，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，將大量的計算節(jié)點部署在云計算實訓(xùn)平臺上，從而最大限度發(fā)揮虛擬機的管理作用。一旦Hadoop集群所承擔(dān)的負載能力超過自身承受能力時，云計算實訓(xùn)平臺還可采用申請硬件資源的方式，對計算節(jié)點數(shù)量進行不斷增加，以爭取更多的存儲空間，緩解自身的負載壓力。為了充分發(fā)揮云計算實訓(xùn)平臺的應(yīng)用優(yōu)勢，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，完成對相關(guān)操作流程的優(yōu)化和完善。同時，還要對所需要的Hadoop參數(shù)進行合理配置，以達到利用鏡像增刪改查計算節(jié)點的目的。

4? 結(jié)語

在OpenStack的應(yīng)用背景下，云計算實訓(xùn)平臺在建設(shè)和應(yīng)用方面取得了很大的突破和創(chuàng)新，該平臺不僅功能強大，通用性強，具有良好的用戶體驗，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。為了方便后期該平臺的維護和升級，相關(guān)軟件開發(fā)人員需要再接再厲，用更加優(yōu)雅的代碼擴充更多實用的功能，從而為促進云計算實訓(xùn)平臺健康、可持續(xù)發(fā)展，提高其應(yīng)用價值提供有力的保障。

（責(zé)任編輯：張? 瓊）

參考文獻：

[1]金永霞，孫寧.基于OpenStack的云計算實驗平臺建設(shè)與應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理，2017（06）：145-149.

[2]許彥佳.基于Openstack云計算技術(shù)的實訓(xùn)平臺構(gòu)建與應(yīng)用——以中職《網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)》課程為例[J].廣東教育（職教版），2019（06）：33-35.

[3]范久岳.基于OpenStack的云計算實驗平臺建設(shè)與應(yīng)用[J].數(shù)字通信世界，2019（04）：135-135.

[4]袁夢雪，朱海燕，李永豪，等.基于OpenStack構(gòu)建高校實驗室云計算管理平臺的實現(xiàn)[J].科技展望，2016（07）：14-15.

[5]余波，容湘萍，秦景輝.基于OpenStack的網(wǎng)絡(luò)攻防實訓(xùn)一體化虛擬實驗室的設(shè)計與實現(xiàn)[J].工業(yè)和信息化教育，2018（07）：68-74.

[6]梁翠.基于OpenStack的云計算平臺的性能測試研究[J].電子設(shè)計工程，2017（20）：21-25.

[7]曹維.基于OpenStack的云計算平臺在高校教學(xué)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2019（26）：183+24.

[8]文鈞正，胡玉鵬，李紅衛(wèi).Openstack云計算平臺與存儲平臺的對接方法：中國，CN201911276496.4[P].2019-12-12.