基于OpenStack的云計算實訓平臺建設與應用

蔡潔

摘要：隨著信息時代的不斷發展，我國逐漸加大了對網絡安全調控的力度，以滿足多元化的實訓需求。而OpenStack的出現和應用為更好地建設云計算實訓平臺有重要作用，在OpenStack的應用背景下，加強對云計算實訓平臺的建設和應用勢在必行。基于以上情況，本文首先在介紹云計算實訓平臺設計框架的基礎上，從控制節點的安裝和配置、計算節點的部署、云平臺用戶權限三個方面，分析了云計算實訓平臺的建設;接著從基于OpenStack的桌面云系統、基于OpenStack的大數據應用環境兩個方面，研究了云計算實訓平臺的應用。希望通過這次研究，為相關領域技術人員提供有效的借鑒和參考。

關鍵詞：OpenStack;云計算;實訓平臺;建設;應用

中圖分類號：TP393.07? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

在云計算技術的不斷發展和應用下，我國云服務水平得到了顯著提升，大量高校逐漸加入到云計算相關專業課程的開發隊伍中。為進一步建設云計算實訓平臺，提高高校科研水平，保證對人才培養發揮出重要作用，OpenStack作為云平臺建設中常用的主流架構技術，被廣泛地應用于諸多高校云計算實訓平臺中，并取得了良好的應用效果。因此，為了進一步提高高校人才的培養質量，在OpenStack的應用背景下，如何科學建設和應用云計算實訓平臺是相關領域技術人員必須思考和解決的問題。

1? 云計算實訓平臺的設計框架

云計算實訓平臺作為高校實訓教學中常用的系統，在具體的建設中，需要針對用戶的個性化使用需求，對實訓環境進行智能化創建，并為用戶提供相應的應用開發功能和管理服務功能，從而為用戶帶來良好的使用體驗，盡可能滿足高校實訓教學的需求[1]。為此，相關領域技術人員要重視對云計算實訓平臺框架的科學設計，確保該平臺能夠為用戶提供強大的大數據處理功能以及存儲和管理分布式信息數據的功能。

1.1? 云平臺拓撲結構

在OpenStack的應用背景下，為了保證云計算實訓平臺的建設水平，相關領域技術人員要重視對云平臺拓撲結構的設計，云平臺拓撲結構如圖1所示。從圖中可以看出，該平臺主要由控制節點主機和計算節點主機兩個部分組成，同時，還充分應用了虛擬服務器，在有效結合多節點模式應用特點的基礎上，采用擴大計算節點個數的方式，對該平臺的功能進行不斷修改、優化和完善，從而實現對該平臺運行性能的進一步提升。此外，該平臺在具體的規劃中，主要用到了兩種類型的網格，一種是管理網格，另一種是數據網格。其中管理網格主要用于對相關操作系統通信功能的更新和完善[2]，以發揮OpenStack組件的應用優勢;而數據網格主要用于對虛擬服務器內部結構的優化，確保虛擬服務器的運行性能。云計算實訓平臺在具體的建設中，還為CloudController（中文簡稱“云控制器”）和NetworkController（中文簡稱“網絡控制器”）等多臺虛擬機提供了強大的控制節點支撐。同時，這兩種服務器還為OpenStack相關控制服務器提供了良好的運行環境，確保OpenStack相關控制服務器能夠在控制節點的作用下能夠可靠、穩定、安全地運行。

1.2? 云平臺架構設計

OpenStack作為常用的云開源框架技術，在云平臺框架設計中占據著舉足輕重的地位，通過應用OpenStack對云平臺框架進行設計，不僅可以實現對網絡資源的標準化、規范化管理，還能為更好地簡化虛擬機部署流程以及提高計算節點的可拓展性創造良好的條件。因此，在對云平臺架構進行設計的過程中，相關領域技術人員要在充分結合云環境部署需求的基礎上，加強對云平臺相關功能的維護和更新，確保云計算實訓平臺的運行性能。此外，為了保證良好的用戶體驗，相關領域技術人員還要充分借助OpenStack服務組件，根據高校實訓教學的實際需求，提高軟硬件資源的利用率，對云計算實訓平臺實際運行狀態進行全面監控，以達到智能化部署相關服務器的目的。只有這樣，才能確保云計算實訓平臺功能的強大性。

2? 云計算實訓平臺的建設

在云計算實訓平臺具體的建設過程中主要涉及制節點安裝和配置、計算節點部署、云平臺用戶權限設置三大環節。因此，為了充分發揮和應用OpenStack的應用優勢，提高云計算實訓平臺的建設水平，相關領域技術人員要在有效結合用戶個性化需求的基礎上，嚴格按照以上環節的操作標準和要求[3]進行實施，提高云計算實訓平臺的運行性能。

2.1? 控制節點的安裝和配置

在該環節中，相關領域技術人員要充分利用控制服務器對控制節點進行安裝和部署。控制服務器主要運行在CloudController和NetworkController兩個虛擬機中，控制節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光盤的應用優勢，在借助物理服務器的基礎上，實現對控制節點的自動化安裝[4]。此外，還要根據相關腳本的設置需求，在確保操作系統成功安裝完畢后，需要相關工作人員采用系統重啟的方式，完成對以下網絡配置相關參數的配置。（1）根據管理網絡和數據網絡兩種網卡的使用需求，完成對網卡相關參數的配置。通常情況下，管理網絡網卡和數據管理網卡的默認值分別是eth0和eth1，相關人員可以根據實際需要，對這些默認值進行自行修改和配置。（2）加強對管理網絡相關信息數據的配置。在這個過程中，需要的配置信息參數主要包含IP地址范圍和動態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、不可交叉重復的，以避免因兩種地址出現交叉重復而發生沖突，進而影響管理網絡網卡的正常運行。另外，相關領域技術人員還要重視對路由器地址和子網掩碼等各個參數的配置。（3）加強對兩種服務器IP地址的配置，這兩種服務器分別是NTP服務器和DNS服務器。在這個過程中，相關領域技術人員要對主機域名進行科學設置，確保系統故障信息能夠正常、穩定地發送給相應的郵件地址，從而保證通信的順暢性和有效性。

2.2? 計算節點的部署

計算節點主要用于對OpenStack虛擬機所需要的硬件環境的優化和構建，確保OpenStack虛擬機能夠可靠、穩定、安全地運行。云計算實訓平臺在具體的建設中，離不開對多個計算節點的使用。因此，為了保證計算節點的部署效果，相關領域技術人員要在充分利用xCAT工具的基礎上，采用集群管理的方式對計算節點進行科學合理的部署。首先，要采用導入虛擬機的方式，將用于安裝虛擬機的腳本工具鏡像導入xCAT虛擬機中，并對該虛擬機上的節點屬性進行配置，以確保xCAT虛擬機能夠正常啟動[5]。其次，當計算節點成功安裝完畢后，相關領域技術人員要采用登錄系統的方式，登錄到指定的計算節點，然后對BIOS相關參數進行設置，以達到安全啟動網絡的目的。最后，采用開啟計算節點的方式，利用網絡啟動系統對計算節點相關參數進行重新獲取和配置，從而實現計算節點的標準化、智能化部署。

2.3? 云平臺用戶權限的設置

云計算實訓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限也存在很大的差異。其中，普通用戶所擁有的平臺操作權限內容主要體現在以下三個方面：（1）能夠對鏡像相關列表信息進行查看和調用;（2）能夠對虛擬機相關信息進行查看，并完成對虛擬機的自動化創建和遷移;（3）可以采用創建快照的方式，記錄虛擬機整個運行狀態[6]。管理員用戶所擁有的平臺操作權限內容主要體現在以下三個方面：（1）可以利用Nagio對云節點的實際運行狀態以及后臺管理程序運行狀態進行實時查看;（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實現對計算節點相關服務功能的啟動和終止操作。

3? 云計算實訓平臺的應用

3.1? 基于OpenStack的桌面云系統

在OpenStack的應用背景下，桌面云系統主要運用了虛擬化技術，充分結合遠程桌面協議，采用虛擬化處理的方式，完成了對計算機桌面環境的構建。同時，還借助數據中心服務器，為桌面虛擬機運行提供良好的硬件環境，用戶通過客戶端，采用訪問云端的方式進入應用程序，實現對相關信息數據的訪問和調用[7]。總之，通過利用虛擬桌面架構的模式實現對桌面云系統的構建，用戶可以充分利用實訓環境完成對虛擬機的自動化管理和創建。桌面云系統在具體的應用中，能夠充分利用相關軟件完成對實訓鏡像的制作，為后期更好地分配內存硬件資源奠定堅實的基礎，確保用戶所使用的軟件環境能夠滿足實訓需求。在這個過程中，用戶僅僅需要采用登錄注冊的方式，申請相應的操作權限，然后充分利用虛擬桌面，登錄并訪問相應的虛擬機，就可以在桌面云系統所提供的虛擬機環境下進行一系列的實訓操作。

基于OpenStack的桌面云架構圖如圖2所示，從圖中可以看出，通過利用桌面云系統，可以借助計算節點實現對專用虛擬機的構建，確保所構建的虛擬機能夠滿足不同用戶的使用需求。同時，還要根據用戶的使用需求，利用虛擬機完成對相關操作系統的部署，并在結合桌面顯示協議的基礎上，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部的CPU資源[8]，享受到桌面環境給自己的學習和工作帶來的方便。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網絡連接斷開現象，用戶的數據仍然長期有效地保存在虛擬桌面中，避免用戶重要信息數據的丟失或泄露，保護了用戶的個人隱私。對于桌面云系統而言，主要由以下兩種程序組成：客戶端程序和服務器端程序。其中服務器端程序主要被部署在CloudController服務器上，而客戶端程序主要被部署在客戶專用的設備上。管理員用戶通過使用桌面云系統可以實現對大量租戶的創建，同時，還能在所有租戶的名下完成對單個用戶的創建。這樣一來，所有用戶在使用桌面云系統的過程中，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據的目的。

3.2? 基于OpenStack的大數據應用環境

隨著大數據技術的不斷發展和普及，我國迎來了大數據時代。因此，在OpenStack的應用背景下，大數據應用環境的出現和應用為存儲海量信息數據，提高計算效率提供了強大的技術支持。而基礎架構云平臺具有存儲海量信息數據、計算和管理各類信息數據的強大功能。所以，將大數據技術應用于云計算平臺中，可以最大限度提高數據處理能力和存儲能力。為了保證高校大數據相關實訓教學的效率和效果，相關領域技術人員需要將分布式數據部署在云計算實訓平臺上，充分應用該平臺提高計算資源的利用率。此外，為了確保服務器能夠科學合理地利用計算資源，云計算實訓平臺在具體的運用中，還要借助Glance服務器來完成對虛擬機相關鏡像的錄制和存儲，所有鏡像在具體的制作中均用到了操作系統和網絡環境，并采用Hadoop集群的方式，將大量的計算節點部署在云計算實訓平臺上，從而最大限度發揮虛擬機的管理作用。一旦Hadoop集群所承擔的負載能力超過自身承受能力時，云計算實訓平臺還可采用申請硬件資源的方式，對計算節點數量進行不斷增加，以爭取更多的存儲空間，緩解自身的負載壓力。為了充分發揮云計算實訓平臺的應用優勢，在OpenStack的應用背景下，相關領域技術人員還可以采用建立集群的方式，完成對相關操作流程的優化和完善。同時，還要對所需要的Hadoop參數進行合理配置，以達到利用鏡像增刪改查計算節點的目的。

4? 結語

在OpenStack的應用背景下，云計算實訓平臺在建設和應用方面取得了很大的突破和創新，該平臺不僅功能強大，通用性強，具有良好的用戶體驗，還在高校教育領域中取得了顯著的應用效果，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，相關軟件開發人員需要再接再厲，用更加優雅的代碼擴充更多實用的功能，從而為促進云計算實訓平臺健康、可持續發展，提高其應用價值提供有力的保障。

（責任編輯：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與應用[J].實驗技術與管理，2017（06）：145-149.

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[3]范久岳.基于OpenStack的云計算實驗平臺建設與應用[J].數字通信世界，2019（04）：135-135.

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

[5]余波，容湘萍，秦景輝.基于OpenStack的網絡攻防實訓一體化虛擬實驗室的設計與實現[J].工業和信息化教育，2018（07）：68-74.

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

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

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