【文章內(nèi)容簡介】 aaS 主要具有以下服務(wù)特征及優(yōu)勢： ① 更低的門檻 用戶可以以最低的成本租用所需的計算機資源，而不需要進行大量的硬件和軟件資源的采購。 ② 更好的擴展性 用戶可以根據(jù)需要，動態(tài)增加或減少服務(wù)資源，不用考慮資源來源或者資源是否夠用。 ③ 管理方便 資源可直接通過互聯(lián)網(wǎng)管理，不需要到資源所在機房現(xiàn)場操作，降低管理成本。 ④ 使用靈活 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 火龍果 ? 整理 um . 用戶可獲得完全獨立的服務(wù)器，并擁有管理員權(quán)限，因此用戶可以不受限制的進行任何操作。 ⑤ 資費靈活 所需資源可以隨時開始和停止，用戶只需要為自己所使用的資源付費。 第三節(jié) IaaS 整體架構(gòu) 虛擬化技術(shù)主要實現(xiàn)了對底層物力資源的抽象，使其成為一個個可以被靈活生成、調(diào)度、管理的基礎(chǔ)資源單位。而要將這些資源進行有效的整合，從而生成一個可統(tǒng)一管理、靈活分配調(diào)度、動態(tài)遷移、計費度量的基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施資源池，并向用戶提供自動化的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，就需要 IaaS 管理平臺 [11]。 該管理平臺 主要是對 資源管理平臺 的實現(xiàn) ： 圖 整體架構(gòu) ① 資源管理平臺 資源管理平臺負責對物理資源和虛擬化資源進行統(tǒng)一的管理和調(diào)度，形成統(tǒng)一的資源池，實現(xiàn) IaaS 服務(wù)的可管、可控，其核心是對每個基礎(chǔ)資源單位的生命周期管理能力和對資源的管理調(diào)度能力 [12]。 硬件設(shè)備 （計算設(shè)備， 存儲設(shè)備 ， 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 ） 邏輯資源池 （計算資源、 存儲資源 ， 網(wǎng)絡(luò)資源） 全面虛擬化 資源調(diào)用戶管網(wǎng)絡(luò)管存儲管理 系統(tǒng)管理 。 終端 設(shè)備n 。 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 火龍果 ? 整理 um . 第四節(jié) 本章小結(jié) 本章主要是 Iaas 的內(nèi)容相關(guān)介紹， 其中包括了 Iaas 的定義、特點和優(yōu)勢以及 Iaas 的實現(xiàn)的整體架構(gòu)，充分說明 Iaas 在云平臺中的地位與作用。本章對 Iaas的 定義做出了詳細的解釋，并且說明這一模式在云計算中的優(yōu)勢，此外，本章還對它的整體架構(gòu)做了詳細介紹，主要是對它的資源管理平臺的實現(xiàn)做了詳細的介紹。 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 火龍果 ? 整理 um . 第三章 關(guān)鍵技術(shù) 介紹 第一節(jié) IaaS 服務(wù)器虛擬化 服務(wù)器虛擬化是指能夠在一臺物理服務(wù)器上運行多臺虛擬服務(wù)器的技術(shù)，并且上述虛擬服務(wù)器在用戶、應(yīng)用軟件甚至操作系統(tǒng)看來，幾乎與物理服務(wù)器沒有區(qū)別，用戶可以在虛擬服務(wù)器上靈活的安裝任何軟件。同時服務(wù)器虛擬化技術(shù)還應(yīng)該確保上述多個虛擬服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)時隔離的，虛擬服務(wù)器對資源的使用是可控的 [13]。 服務(wù)器虛擬化通常有兩種架構(gòu)，包括寄生架構(gòu)和裸金屬架構(gòu)。 ① 寄生架構(gòu) 圖 寄生架構(gòu) 在寄生架構(gòu)中，虛擬化軟件需要依賴于已經(jīng)安裝好的操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)上安裝虛擬化軟件后，用虛擬化軟件創(chuàng)建虛擬機，對虛擬機進行管理和維護。 ② 裸金屬架構(gòu) 圖 裸金屬架構(gòu) 硬件 主操作系統(tǒng) 虛擬化軟件 操作系統(tǒng) 2 操作系統(tǒng) 1 硬件 虛擬化軟件 操作系統(tǒng) 2 操作系統(tǒng) 1 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 火龍果 ? 整理 um . 裸金屬架構(gòu)中，虛擬化軟件不依賴于傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)，而是集成了操作系統(tǒng)中處理 CPU 和進程調(diào)度等功能之外的所有操作系統(tǒng)功能，然后直接在硬件上建立 虛擬化環(huán)境，用來管理和維護虛擬機。 第二 節(jié) IaaS 存儲虛擬化 存儲虛擬化是一種將存儲系統(tǒng)的內(nèi)部功能從應(yīng)用、主機或者網(wǎng)絡(luò)資源中抽象、隱藏或者隔離的技術(shù)，其目的是進行與應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)無關(guān)的存儲或數(shù)據(jù)管理。虛擬化技術(shù)為底層資源 的訪問提供了簡單、統(tǒng)一的接口，使用戶不必關(guān)心底層系統(tǒng)的復(fù)雜實現(xiàn)。 [14] 對存儲虛擬化而言，不同層次的虛擬化實現(xiàn)具有不同的目標 ： 圖 存儲虛擬化 ① 存儲設(shè)備層 ： 存儲設(shè)備層的存儲資源是最底層的物理設(shè)備，通過數(shù)據(jù)塊存儲地址的虛擬化，實現(xiàn)對存儲內(nèi)容的快速尋址。 ② 塊聚合層 ： 將存儲設(shè)備層的物理存儲設(shè)備虛擬化，通過合理的組織，將其構(gòu)建為能被統(tǒng)一訪問的物理資源池。 ③ 文件 /記錄層 ： 進一步對物理資源進行抽象，將其虛擬化為邏輯資源，并為上層應(yīng)用使用。 第三 節(jié) IaaS 網(wǎng)絡(luò)虛擬化 網(wǎng)絡(luò)虛擬化一般分為兩類，一類是對外部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的虛擬化；另外一類是對服務(wù)器主機內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)虛擬化，如網(wǎng)卡等設(shè)備的虛擬化。 用戶層 文件 /記錄層 數(shù)據(jù)庫 文件 存儲設(shè)備層 存儲設(shè)備 存儲設(shè)備 聚合塊層 （主機）聚合 塊 （網(wǎng)絡(luò) ） 聚合塊 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 火龍果 ? 整理 um . 網(wǎng)絡(luò)虛擬化是將多個硬件或軟件網(wǎng)絡(luò)資源及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)功能集成到一個可用的軟件中統(tǒng)一管理和控制 的過程，并且對于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言，該虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的實現(xiàn)方式是透明的 [14]。 網(wǎng)絡(luò)虛擬化主要包括兩 個方面，一是物理主機內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)虛擬化；二是對網(wǎng)絡(luò)虛擬化的統(tǒng)一管理。 ① 主 機內(nèi)部網(wǎng)路虛擬化 主機內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)是面向云計算的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的核心，它通過與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的配合，在現(xiàn)實虛擬網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性、安全性等方面發(fā)揮了重要的作用。 圖 主 機內(nèi)部網(wǎng)路虛擬化 ② 網(wǎng)絡(luò)虛擬化統(tǒng)一管理 網(wǎng)絡(luò)虛擬化的重要價值在于它配置的靈活性，為了達到靈活配置的目的，需要對虛擬化網(wǎng)絡(luò)做統(tǒng)一的管理。 資源分配：為虛擬網(wǎng)卡分配 IP 地址、 MAC 地址。 流量監(jiān)控：對虛擬網(wǎng)卡設(shè)定流量上限。 實時遷移：當虛擬機從一臺物理機遷移到另一臺物理機時，實時遷移其網(wǎng)絡(luò)配置。 狀態(tài)監(jiān)控：包括對虛擬網(wǎng)卡的狀態(tài)及流量等的監(jiān)控。 第四節(jié) 本章小結(jié) 本章主要是對云計算平臺實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)的介紹，虛擬化技術(shù)對于云計算平臺來說是最重要的，本章就對最重要的三大虛擬化技術(shù)分別是服務(wù)器虛擬化、存 物理網(wǎng)卡 網(wǎng)橋 虛擬網(wǎng)橋 虛擬網(wǎng)橋 虛擬機 虛擬機 物理機 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 火龍果 ? 整理 um . 儲虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化做出了詳細的介紹，其中包括虛擬化的實現(xiàn)原理，虛擬的架構(gòu)的介紹等。 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 火龍果 ? 整理 um . 第四章 OpenStack 相關(guān)介紹 第一節(jié) OpenStack 介紹 OpenStack 是一套開源的軟件架構(gòu)，也是一款工具集。它剛問世不久就得到學術(shù)領(lǐng)域的普遍關(guān)注，并很快滲透到各個研究領(lǐng)域。 OpenStack 可以構(gòu)建自己的 IaaS 云計算環(huán)境，并且提供給用戶使用。 OpenStack 部署云環(huán)境的優(yōu)點就是靈活，可以根據(jù)自己的需要來搭建基礎(chǔ)設(shè)施，同時可以自由地擴充集群規(guī)模。 OpenStack 允許客戶通過部署虛擬機來創(chuàng)建資源，在節(jié)點上通過使用 Xen 或KVM 等來對虛擬機進行一系列配置?？蛻舳擞脩糁恍枰暾堊约盒枰奶摂M資源 [15]。 OpenStack 概念架構(gòu) 一、啟動一個實例或者一個虛擬機涉及多個服務(wù)之間交互，下面這張圖表提供了一個概念架構(gòu) 。 圖 概念架構(gòu) 重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 火龍果 ? 整理 um . Horizon 是圖形用戶界面，管理員可以很容易地使用它來管理所有項目。 Keystone 處理授權(quán)用 戶的管理 . Neutron 定義提供組件之間連接的網(wǎng)絡(luò)。 Nova 被認為是 OpenStack 的核心，負責處理工作負載的流程。它的計算實例通常需要進行某種形式的持久存儲，它可以是基于塊的（ Cinder）或基于對象的（ Swift）。 Nova 還需要一個鏡像來啟動一個實例。 Glance 將會處理這個請求，它可以有選擇地使用 Swift 作為其存儲后端 [16]。 Openstack 訪問流程 二、圖 Openstack 訪問流程 ① User 通過自己的身份憑證（ credentials）向 keystone 服務(wù)發(fā)起認證，keystone 如果通過認證則給 user 頒發(fā)密鑰（ token），之后執(zhí)行②步 ② User 把密鑰（ token）和虛擬機的創(chuàng)建 請求 發(fā)送給 nova 服務(wù)， nova 通過keystone 服務(wù) 驗證密鑰（ token） 如果通過認證則 執(zhí)行③ 步 ③ Nova 把密鑰（ token）和創(chuàng)建虛擬機所需要的鏡像請求發(fā)送給 glance 服務(wù)，glance 通過 keystone 服務(wù)驗證密鑰（ token） ，如果通過 glance 向 nova 返回鏡像執(zhí)行④步 u s e r k e y s t o n e n o v a g la n c e n e u t r o nc r e d e n t i a lsT o k e n + r e q u e s t f o r V MV e r if y t o k e nT o k e n + r e q u e s t f o r im a g eV e r if y t o k e nim a g et o k e nT o k e n + r e q u e s t f o r ipV e r if y t o k e ns u c e e s sip重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 火龍果 ? 整理 um . ④ Nova 把密鑰（ token）創(chuàng)建虛擬機所需要的網(wǎng)絡(luò)資源請求發(fā)送給 Neutron服務(wù) 過 keystone 服務(wù)驗證密鑰（ token） ，如果通過 Neutron 向 nova 返回網(wǎng)絡(luò)資源（ ip）執(zhí)行⑤步 ⑤ Nova 得到創(chuàng)建虛擬機所需要的資源了，之后向用戶返回請求成功。 第二節(jié) Openstack 認證服務(wù) Keystone Keystone 介紹 一、 Keystone（ OpenStack Identity Service）是 OpenStack 框架中，負責身份驗證、服務(wù)規(guī)則和服務(wù)令牌的功能， 它實現(xiàn)了 OpenStack 的 Identity API。 Keystone類似一個服務(wù)總線， 或者說是整個 Openstack 框架的注冊表， 其他服務(wù)通過keystone 來注冊其服務(wù)的 Endpoint（服務(wù)訪問的 URL），任何服務(wù)之間相互的調(diào)用， 需要經(jīng)過 Keystone 的身份驗證， 來獲得目標服務(wù)的 Endpoint 來找到目標服務(wù) [17]。 Keystone 概念 二、User 即用戶，他們代表可以通過 keystone 進行訪問的人或程序。 Users 通過認證信息（ credentials，如密碼、 API Keys 等）進行驗證，如： 住賓館的人。 Tenant 即租戶，它是各個服務(wù)中的一些可以訪問的資源集合。例如，在 Nova中一個 tenant 可以是一些機器，在 Swift 和 Glance 中一個 tenant 可以是一些鏡像存儲，在 Neutron 中一個 tenant 可以是一些網(wǎng)絡(luò)資源。 Users 默認的總是綁定到某些 tenant 上，如： 賓館。 Role 即角色， Roles 代表一組用戶可以訪問的資源權(quán)限，例如 Nova 中的虛擬機、 Glance 中的鏡像。 Users 可以被添加到任意一個全局的或租戶內(nèi)的角色中。在全局的 role 中，用戶的 role 權(quán)限作用于所有的租戶，即可以對所有的租戶執(zhí)行 role 規(guī)定的權(quán)限；在租戶內(nèi)的 role 中，用戶僅能在當前租戶內(nèi)執(zhí)行 role 規(guī)定的權(quán)限，如： VIP 等級， VIP 越高，享有越高的權(quán)限。 Service 即服務(wù)，如 Nova、 Glance、 Cinder。根據(jù)前三個概念（ User， Tenant和 Role）一個服務(wù)可以確認當前用戶是否具有訪問其資源的權(quán)限。但是當一個user 嘗試著訪問其租戶內(nèi)的 service 時，他必須知道這個 service 是否存在以及如何訪問這個 service，這里通常使用一些不同的名稱表示不同的服務(wù)。在上文中談到的 Role，實際上也是可以綁定到某個 service 的。例如，當 swift 需要一個管理重慶郵電大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 火龍果 ? 整理 um . 員權(quán)限的訪問進行對象創(chuàng)建時 ，對于相同的 role 我們并不一定也需要對 nova 進行管理員權(quán)限的訪問。為了實現(xiàn)這個目標，我們應(yīng)該創(chuàng)建兩個獨立的管理員 role，一個綁定到 swift，另一個綁定到 nova，從而實現(xiàn)對 swift 進行管理員權(quán)限訪問不會影響到 Nova 或其他服務(wù)