【導讀】導下,由我本人獨立完成。有關觀點、方法、數(shù)據(jù)和文獻等的引用。已在文中特別指出，并與參考文獻相對應。特別加以標注外，論文中不包括其他已經(jīng)發(fā)表和撰寫的研究成果，也不包括為獲得其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。承諾，論文中的所有內(nèi)容均真實、可信。如在文中涉及到抄襲或。剽竊行為，本人愿承擔由此而造成的一切后果及責任。云計算是一種商業(yè)模型，被稱為繼個人電腦、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次信息化革命。資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，從而形成一個計算資源池向用戶按需供給的服務?，F(xiàn)代IT行業(yè)的一種趨勢，對云計算的探討是很有必要和價值的。從整體上來說，云計。算的應用是基于大規(guī)模分布式的基礎架構及平臺之上的云計算應用兩個方面的，其中，過創(chuàng)建、啟動和部署虛擬機的方式將資源引入云中。openstack的架構和原理，以及在基礎設施層的部署實現(xiàn)和集成。集成部署演示，也是本文重要的一個環(huán)節(jié)。最后對所有過程進行了總結，并討論進一步

　　

【正文】 Cluster 2020 國際會議選為杰出網(wǎng)格項目在香港作了現(xiàn)場演示，在 2020 年網(wǎng)格計算國際研討會上作了專題報告和現(xiàn)場演示，引起較為廣泛的關注，受到了中國最大郵件服務提供商網(wǎng)易公司創(chuàng)辦人丁磊等的重視。既然垃圾郵件可以如此處理，病毒、木馬等亦然，這與云安全的思想就相去不遠了。 第二章 Openstack 與云計算 什么是 Openstack OpenStack 是一個旨在為公共及私有云的建設與管理提供軟件的開源項目。 籠統(tǒng)的說， Openstack 可以說一個云操作系統(tǒng)， 允許企業(yè)在符合安全及合規(guī)性要求的情況下構建私有云。 它的社區(qū) 目前 擁有超過 130 家企業(yè)及 1350 位開發(fā)者，這些機構與個人都將 OpenStack 作為基礎設施即服務（簡稱 IaaS）資源的通用前端。 OpenStack 項目的首要任務是簡化云的部署過程并為其帶來良好的可擴展性。 Openstack 主要又三個部分組成： Nove,Swift,Glance。 OpenStack Compute (Nova)是一套控制器，用于為單個用戶或使用群組啟動虛擬機實例。它同樣能夠用于為包含著多個實例的特定項目設置網(wǎng)絡。 OpenStack Compute在公共云處理方面堪與 Amazon EC2 相提并論；而在私有云方面也毫不遜色于 VMware的產(chǎn)品在公共云中，這套管理機制將提供預制的鏡像或是為用戶創(chuàng)建的鏡像提供存儲機制，這樣用戶就能夠?qū)㈢R像以虛擬機的形式啟動。 OpenStack 對象存儲 (Swift)是一套用于在大規(guī)?？蓴U展系統(tǒng)中通過內(nèi)置冗余及容錯機制實現(xiàn)對象存儲的系統(tǒng)。這些對象能夠通過一個 REST API 或 是像 Cyberduck 這樣可以對接對象存儲 API 的客戶端加以恢復。 OpenStack 鏡像服務 (Glance)是一套虛擬機鏡像查找及檢索系統(tǒng)。它能夠以三種形式加以配置：利用 OpenStack 對象存儲機制來存儲鏡像；利用 Amazon 的簡單存儲解決方案（簡稱 S3）直接存儲信息；或者將 S3 存儲與對象存儲結合起來，作為 S3 訪廣東商學院信息學院 基于云計算平的 Openstack系統(tǒng)集成與實現(xiàn) 15 問的連接器。 OpenStack 鏡像服務支持多種虛擬機鏡像格式，包括 VMware（ VMDK）、Amazon 鏡像（ AKI、 ARI、 AMI）以及 VirtualBox 所支持的各種磁盤格式。鏡像元數(shù)據(jù)的 容器格式包括 Amazon 的 AKI、 ARI 以及 AMI 信息，標準 OVF 格式以及二進制大型數(shù)據(jù)。 Openstack 架構 Openstack 三個項目 (Nova,Swift,Glance)的基本關系如下圖 11 所示： 11 OpenStack 三個組件的關系 云服務提供商的概念架構 OpenStack能幫我們建立自己的 IaaS，提供類似 Amazon Web Service的服務給客戶。為實現(xiàn)這一點，我們需要提供幾個高級特性： 允許應用擁有者注冊云服務，查看運用和計費情況； 允許 Developers/DevOps folks 創(chuàng)建和存儲他們應用的自定義鏡像； 允許他們啟動、監(jiān)控和終止實例； 允許 Cloud Operator 配置和操作基礎架構 這四點都直擊提供 IaaS 的核心，現(xiàn)在假設你同意了這四個特性，現(xiàn)在就可以將它們放進如下所示的概念架構 21 中。 廣東商學院信息學院 基于云計算平的 Openstack系統(tǒng)集成與實現(xiàn) 16 21 OpenStack 概念架構 在此模型中，作者假設了需要與云交互的四個用戶集： developers, devops, owners and operators， 并為每類用戶劃分了他們所需要的功能。該架構采用的是非常普通的分層方法（ presentation, logic and resources），它帶有兩個正交區(qū)域。展示層，組件與用戶交互，接受和呈現(xiàn)信息。 Web portals 為非開發(fā)者提供圖形界面，為開發(fā)者提供 API 端點。如果是更復雜的結構，負載均衡，控制代理，安全和名稱服務也都會在這層。邏輯層為云提供邏輯（ intelligence）和控制功能。這層包括部署（復雜任務的工作流），調(diào)度（作業(yè)到資源的映射），策略（配額等等），鏡像注冊 image registry (實例鏡像的元數(shù)據(jù) )，日志 (事件和計量 ) 。假設絕大多數(shù)服務提供者已經(jīng)有客戶身份和計費系統(tǒng)。任何云架構都需要整合這些系統(tǒng)。在任何復雜的環(huán)境下，我們都將需要一個 management 層來操作這個環(huán)境。它應該包括一個 API 訪問云管理特性以及一些監(jiān)控形式（ forms）。很可能，監(jiān)控功能將以整合的形式加入一個已存在的工具中。當前的架構中已經(jīng)為我們虛擬的服務提供商加入了 monitoring 和 admin API，在更完全的架構中，你將見到一系列的支持功能，比如 provisioning 和 configuration ma nagement。最后，資源層。既然這是一個 pute 云，我們就需要實際的 pute、 work 和 storage 資源，以供應給我們的客戶。該層提供這些服務，無論他們是服務器，網(wǎng)絡交換機， NAS（ work attached storage）還是其他的一些資源。 OpenStack Compute 架構 OpenStack Compute 邏輯架構 OpenStack Compute邏輯架構中，組件中的絕大多數(shù)可分為兩種自定義編寫的 Python守護進程（ custom written python daemons）。 分別是 接收和協(xié)調(diào) API 調(diào)用的 WSGI 應用廣東商學院信息學院 基于云計算平的 Openstack系統(tǒng)集成與實現(xiàn) 17 （ novaapi, glanceapi, etc） 和 執(zhí)行部署任務的 Worker 守護進程（ novapute, novawork, novaschedule, etc.） 。 然而，邏輯架構中有兩個重要的部分，既不是自定義編寫，也不是基于 Python，它們是消息隊列和數(shù)據(jù)庫。二者簡化了復雜任務（通過消息傳遞和信息共享的任務）的異步部署。 邏輯架構圖 31 如下所示： 31 OpenStack Compute 邏輯架構 從圖中，我們可以總結出 三 點： ? 終 端用戶（ DevOps, Developers 和其他的 OpenStack 組件）通過和 novaapi 對話來與 OpenStack Compute 交互。 ? OpenStack Compute 守護進程之間通過隊列（行為）和數(shù)據(jù)庫（信息）來交換信息，以執(zhí)行 API 請求。 ? OpenStack Glance 基本上是獨立的基礎架構， OpenStack Compute 通過 Glance API 來和它交互。 其各個組件的情況如下： ? novaapi 守護進程是 OpenStack Compute 的中心。它為所有 API 查詢（ OpenStack API 或 EC2 API）提供端點，初始化絕大多數(shù)部署活動（比如運行實例），以及實施一些策略（絕大多數(shù)的配額檢查）。 ? novapute 進程主要是一個創(chuàng)建和終止虛擬機實例的 Worker 守護進程。其過程相當復雜，但是基本原理很簡單：從隊列中接收行為，然后在更新數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)時，執(zhí)行一系列的系統(tǒng)命令執(zhí)行他們。 ? novavolume 管理映射到計算機實例的卷的創(chuàng)建、附加和取消。這些卷可以來自很多提供商，比如， ISCSI 和 AoE。 ? Novawork worker 守護進程類似于 novapute 和 novavolume。它從隊列中接收網(wǎng)絡任務，然后執(zhí)行任務以操控網(wǎng)絡，比如創(chuàng)建 bridging interfaces 或改變 iptables rules。 ? Queue 提供中心 hub，為守護進程傳遞消息。當前用 RabbitMQ 實現(xiàn)。但是理論廣東商學院信息學院 基于云計算平的 Openstack系統(tǒng)集成與實現(xiàn) 18 上能是 python ampqlib 支持的任何 AMPQ 消息隊列。 ? SQL database 存儲云基礎架構中的絕大多數(shù)編譯時和運行時狀態(tài)。這包括了可用的實例類型，在用的實例，可用的網(wǎng)絡和項目。理論上， OpenStack Compute能支持 SQLAlchemy 支持的任何數(shù)據(jù)庫，但是當前廣泛使用的數(shù)據(jù)庫是 sqlite3（僅適合測試和開發(fā)工作）， MySQL 和 PostgreSQL。 ? OpenStack Glance，是一個單獨的項目，它是一個 pute 架構中可選的部分，分為三個部分： glanceapi, glanceregistry and the image store. 其中， glanceapi接受 API調(diào)用， glanceregistry負責存儲和檢索鏡像的元數(shù)據(jù)，實際的 Image Blob存儲在 Image Store 中。 Image Store 可以是多種不同的 Object Store，包括OpenStack Object Storage (Swift) ? 最后， user dashboard 是另一個可選的項目。 OpenStack Dashboard 提供了一個OpenStack Compute 界面來給應用開發(fā)者和 devops staff 類似 API 的功能。當前它是作為 Django web Application 來實現(xiàn)的。當然，也有其他可用的 Web 前端。 概念映射 將邏輯架構映射到概念架構中（如 32 所示），可以看見我們還缺少什 么。 32 邏輯架構到概念架構 的 映射 這種覆蓋方式并不是唯一的，這里的只是作者的理解。通過覆蓋 OpenStack Compute 邏輯組件， Glance 和 Dashboard，來表示功能范圍。對于每一個覆蓋，都有相應的提供該功能的邏輯組件的名稱。 ? 在這種覆蓋范圍中，最大的差距是 logging 和 billing。此刻， OpenStack Compute沒有能協(xié)調(diào) logging 事件、記錄日志以及創(chuàng)建 /呈現(xiàn) bills 的 Billing 組件。真正的焦點是 logging 和 Billing 的整合。這能通過以下方式來補救。比如代碼擴充，商業(yè)產(chǎn)品或者服務或者自定義日志解析的整合。 廣東商學院信息學院 基于云計算平的 Openstack系統(tǒng)集成與實現(xiàn) 19 ? Identity 也是未來可能要補充的一點。 ? customer portal 也是一個整合點。 user dashboard（見運行的實例，啟動新的實例）沒有提供一個界面，來允許應用擁有者簽署服務，跟蹤它們的費用以及聲明有問題的票據(jù)（ lodge trouble tickets）。而且，這很可能對我們設想的服務提供商來說是合適的。 ? 理想的情況是， Admin API 會復制我們能通過命令行接口做的所有功能。在帶有Admin API work 的 Diablo 發(fā)布中會更好。 ? 云監(jiān)控和操作將是服務提供商關注的重點。好操作方法的關鍵是好的工具。當前，OpenStack Compute 提供 novainstancemonitor，它跟蹤計算結點使用情況。未來我們還需要三方工具來監(jiān)控。 ? Policy 是極其重要的方面，但是會與供應商很相關。從 quotas 到 QoS，到隱私控制都在其管轄內(nèi)。當前圖上有部分覆蓋，但是這取決于供應商的復雜需求。為準確起見， OpenStack Compute 為實例，浮點 IP 地址以及元數(shù)據(jù)提供配額。 ? 當前， OpenStack Compute 內(nèi)的 Scheduling 對于大的安裝來說是相當初步的。調(diào)度器是以插件的方式設計的，目前支持 chance(隨機主機分配 )， simple(最少負載 )和 zone（在一個可用區(qū)域里的隨機結點。）分布式的調(diào)度器和理解異構主機的調(diào)度器正在開發(fā)之中。 如你所見， OpenStack Compute 為我們想象的服務提供商，提供了一個不錯的基礎，只要服務提供商愿意做一些整合。 OpenStack Compute 系統(tǒng)架構 OpenStack Compute 由一些主要組件組成?！?Cloud controller”包含很多組件，它表示全局狀態(tài)，以及與其他組件交互。實際上，它提供的是 Novaapi 服務。它的功能是：為所有 API 查詢提供一個端點，初始化絕大多數(shù)的部署活動，以及實施一些策略。 API 服務器起 cloud controller web Service 前端的作用。 Compute controller 提供 pute 服務資源，典型包含 pute service， Object Store ponent 可選地提供存儲服務。 Auth manager 提供認證和授權服務， Vo