【正文】 查看實(shí)例概況 .......................................... 35 動(dòng)態(tài)調(diào)整實(shí)例大小 ...................................... 35 對(duì)實(shí)例可用性的測(cè)試 ......................................... 36 本章小結(jié) ................................................... 37 結(jié)束語(yǔ) ................................................. 38 致 謝 ............................................... 39 參考文獻(xiàn) ............................................... 40 南京 郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 研究背景及意義 背景及意義 人類社會(huì) 從蒸汽機(jī)進(jìn)入了工業(yè)時(shí)代，又從電的時(shí)期進(jìn)入了現(xiàn)代文明，從計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入了地球村的時(shí)代。這種新型的計(jì)算資源組織、分配和使用模式，有利于合理配置計(jì)算資源并提高其利用率，降低成本，促進(jìn)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)了綠色計(jì)算，這更切合了我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的發(fā)展戰(zhàn)略。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 最近，新浪云計(jì)算宣布正式加入全球開源云計(jì)算項(xiàng)目 OpenStack，將選擇OpenStack 作為 IaaS 平臺(tái)解決方案。更值得高興的是，中國(guó)企業(yè)UnitedStack 現(xiàn)已推出了基于 OpenStack 的云計(jì)算服務(wù)，這充分說(shuō)明了 OpenStack的存在價(jià)值。 Rackspace 以 OpenStack 為基礎(chǔ)的私有云業(yè)務(wù)每年 7 億美元，增長(zhǎng)率超過(guò)20%。 Eucalyptus 是最早試圖克隆 AWS 的開源 IaaS 云平臺(tái)，整體架構(gòu)如圖 1 的左半部分所示。組件間使用支持 WSSecurity 的 SOAP 消息實(shí)現(xiàn)安 全的通信。 OpenNebula 沒(méi)有采用 SOA 的設(shè)計(jì)，沒(méi)有將計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為獨(dú)立組件，解耦做得還不夠。這種 Agentless 的設(shè)計(jì)在系統(tǒng)安裝部署階段會(huì)減少很多軟件安裝配置工作，是一個(gè)設(shè)計(jì)亮點(diǎn)。綜合來(lái)看，目前 OpenStack 的設(shè)計(jì)是最好的， Eucalyptus 和 CloudStack次之。 OpenStack 的支持者都是世界頂級(jí)的供應(yīng)商，可以看出 OpenStack 倍受青睞，可以說(shuō)它是 開源界的明星產(chǎn)品。 圖 OpenStack 與其它開源云計(jì)算項(xiàng)目的趨勢(shì)對(duì)比 相比之下， OpenStack 項(xiàng)目從最開始就發(fā)展開放社區(qū)，其直接結(jié)果是，OpenStack 里聚集了比 CloudStack 更多的主流供應(yīng)商。 OpenStack 也有不夠完善的地方，如 OpenStack 相對(duì)于 CloudStack 來(lái)說(shuō)更加復(fù) 雜，對(duì)終端用戶的支持不夠；在安裝部署上不如 CloudStack 便捷；在界面顯南京 郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 示方面也不如 CloudStack 豐富。 Amazon 公司收費(fèi)的服務(wù)項(xiàng)目包括存儲(chǔ)空間、帶寬、 CPU 資源以及月租費(fèi)。 Google 是最大的云計(jì)算技術(shù)使用者，提供全球知名的互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎服務(wù)。更值得一提的是， Google 于 2021 秋季在全球宣布了云計(jì)劃，通過(guò)與 IBM 開展合作，開始在美國(guó)多所大學(xué)，包括卡內(nèi)基美隆大學(xué)、麻省理工學(xué)院等，推廣云 計(jì)算技術(shù)。 IBM 于 2021 年第四季度推出了 “Blue Cloud（藍(lán)云） ”云計(jì)算平臺(tái)，提供即買即用的云計(jì)算服務(wù) [3]。 2021 年 8 月 1 日， IBM宣布斥資 億美元在美國(guó)北卡羅來(lái)納州建立云計(jì)算數(shù)據(jù)中心。另外， IBM 亦與 17個(gè)歐洲組織合作開展 RESERVOIR 云計(jì)算項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn) “無(wú)障礙的資源和服務(wù)虛擬化 ”。目前，微軟的云計(jì)算系統(tǒng)已經(jīng)包括超過(guò) 220個(gè)集裝箱式數(shù)據(jù)中心和多達(dá) 44 萬(wàn)臺(tái)的服務(wù)器。施密特在搜索引擎 大會(huì)上首次提出 “云計(jì)算 ”（ Cloud Computing）的概念， 云計(jì)算就成為近幾年來(lái) IT 領(lǐng)域一個(gè)非常熱門的研究方向。 而在云計(jì)算的 3 種部署模式（公有云、私有云、混合云）中，公有云雖然以其低廉的價(jià)格、靈活的彈性策略吸引大量的用戶。此外，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心能夠提供更 高效、個(gè)性化的彈性計(jì)算資源分配能力，能夠更有效地利用企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)有的 IT 設(shè)備資源，打造更符合企業(yè)需求的云平臺(tái)。在實(shí)際試驗(yàn)中，本文基于 OpenStack 開源云計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了在科研實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中搭建 云計(jì)算 管理 平臺(tái)，使得資源能夠得到彈性分配，且確保數(shù)據(jù)安全。本文的目的在于搭建OpenStack 云管理平臺(tái)，探索 OpenStack 的神奇之處，旨在更深層次地了解OpenStack 生態(tài)圈。簡(jiǎn)單介紹云計(jì)算的研究背景、意義以及論文的組織結(jié)構(gòu)。這一章介紹了 IaaS 的概述、 IaaS 服務(wù)特征及優(yōu)勢(shì) 。 第三章 OpenStack 相關(guān)介紹。 第四章 OpenStack 云管理平臺(tái)的搭建。 另外，還對(duì)計(jì)費(fèi)模塊進(jìn)行了初步研究。這 章節(jié)主要是完成對(duì)第五章的所有部署的驗(yàn)證，每一個(gè)所需服務(wù)是否都已啟動(dòng)，之后是啟動(dòng)一個(gè) instance 的過(guò)程，并對(duì)實(shí)例的成功啟動(dòng)之后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。 南京 郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 IaaS 及關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)介紹 Iaas 概述 IaaS(Infrastructure as a Service，基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù) )通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供了數(shù)據(jù)中心、基礎(chǔ)架構(gòu)硬件和軟件資源。最高端 IaaS 的代表產(chǎn)品是亞馬遜的 AWS(Elastic Compute Cloud)， 不過(guò) IBM、 Vmware 和惠普以及其他一些傳統(tǒng) IT 廠商也提供這類的服務(wù)[2]。 IaaS 服務(wù)特征及優(yōu)勢(shì) IaaS 主要具有以下服務(wù)特征及優(yōu)勢(shì)： （ 1）更低的門檻 用戶可以以最低的成本租用所需的計(jì)算機(jī)資源，而不需要進(jìn)行大量的硬件和軟件資源的采購(gòu)。 （ 3）管理方便 資源可以直接通過(guò)互聯(lián) 網(wǎng)管理，不需要到資源所在機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)操作，降低管理成本。 （ 5）資費(fèi)靈活 所需資源可以隨時(shí)開始和停止，用戶只需要為自己所使用的資源付費(fèi)。而要將這些資源進(jìn)行有效的整合，從而生成一個(gè)可以統(tǒng)一管理、靈活分配跳讀、動(dòng)態(tài)遷移、計(jì)費(fèi)度量的基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施資源南京 郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 池，并向用戶提供自動(dòng)化基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)，就需 要 IaaS 管理平臺(tái)。 圖 IaaS 交互模型 資源管理平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)物理資源和虛擬化資源進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度，形成統(tǒng)一的資源池，實(shí)現(xiàn) IaaS 服務(wù)的可管、可控，其核心是對(duì)每個(gè)基礎(chǔ)資源單位的生命周期管理能力和對(duì)資源的管理調(diào)度能力。 表現(xiàn)層，組件與用戶交互，接受并顯示用戶的信息。 邏輯層，為云和控制功能提供情報(bào)。 資源層，提供實(shí)際的計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)資源給客戶。 集成功能，大多數(shù)服務(wù)提供商已經(jīng)有一個(gè)客戶的身份和計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。 管理功能，提供一個(gè) API 來(lái)管理云并提供監(jiān)控功能。其實(shí)，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，虛擬化的思想早已經(jīng)存在，最早 IBM 在二十世紀(jì)六十年代就提出并實(shí)現(xiàn)了在一臺(tái)物理機(jī)上運(yùn)行多個(gè)不同的操作系統(tǒng)實(shí)例，它顛覆了傳統(tǒng)的一臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)行一個(gè)操作系統(tǒng)實(shí)例的計(jì)算模式。隨著計(jì)算機(jī)硬件資源的不斷快速發(fā)展，現(xiàn)有的很多軟件已不能充分 的利用計(jì)算機(jī)硬件的資源存在很多的資源浪費(fèi)現(xiàn)象。虛擬化技術(shù)的這些特點(diǎn)，使得虛擬化技術(shù)成為整個(gè)計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)中最受到重視的技術(shù)之一，它在云計(jì)算技術(shù)中起著至關(guān)重要的作用，是云計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)。物理機(jī)系統(tǒng)的虛擬化究其根本就是通過(guò)某種手段把底層的物理設(shè)備和其上的軟件運(yùn)行環(huán)境分割的 技術(shù) 。 從一種更高的抽象、一個(gè)更廣泛的環(huán)境中來(lái)了解虛擬化技術(shù)，它實(shí)際上已經(jīng)成為了一個(gè)非常大的概念，可以為用戶企業(yè)帶來(lái)很大的便利。而要將這些資源進(jìn)行有效的整合，從而生成一個(gè)可以統(tǒng)一管理、靈活分配跳讀、動(dòng)態(tài)遷移、計(jì)費(fèi)度量的基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施資源池，并向用戶提供自動(dòng)化基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)，就需要 IaaS 管理平臺(tái) 。 KVM與 QEMU KVM 虛擬機(jī)是基于 Linux 內(nèi)核虛擬化，自 之后就集成在 Linux的各個(gè)主要發(fā)行版本中。 KVM 的虛擬化需要硬件的支持（如 Intel VT 技術(shù)或者 AMD V 南京 郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 虛擬化架構(gòu) 技術(shù)），是基于硬件的完全虛擬化 。 QEMU 是一種模擬處理器，現(xiàn)在運(yùn)用最多的就是將 KVM 和 QEMU 結(jié)合起來(lái)。加載了該模塊后，才能進(jìn)一步通過(guò)工具創(chuàng)建虛擬機(jī)。因?yàn)橛脩魺o(wú)法直接控制內(nèi)核去做事情，還必須有一個(gè)運(yùn)行在用戶空間的工具才行。說(shuō) 起來(lái) QEMU 也是一個(gè)虛擬化軟件。比如說(shuō)在 x86 的 CPU 上可虛擬一個(gè) power 的 CPU，并可利用它編譯出可運(yùn)行在 power 上的 CPU，并可利用它編譯出可運(yùn)行在 power 上的程序。所以你會(huì)看到，官方提供的 KVM 下載有兩大部分 (QEMU 和 KVM)三個(gè)文件 (KVM 模塊、 QEMU 工具以及二者的合集 )。這就是 KVM 和 QEMU 的關(guān)系，如 圖 。另外，云計(jì)算系統(tǒng)需要同時(shí)滿足大量用戶的需求，并行地為大量用戶提供服務(wù)。 云計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)主要有谷歌的非開源的 GFS(Google File System)和 Hadoop 開發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的 GFS 的開源實(shí)現(xiàn) HDFS(Hadoop Distributed File System)。未來(lái)的發(fā)展將集中在超大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)加密和安全性保證、以及繼續(xù)提高 I/O 速率等方面 [4]。系統(tǒng)狀態(tài)需要在多節(jié)點(diǎn)之間同步，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)需要遷移服務(wù)，分布式資源管理技術(shù)通過(guò)鎖機(jī)制協(xié)調(diào)多任務(wù)對(duì)于資源的使用，從而保證數(shù)據(jù)操作的一致性。 能耗管理技術(shù) 隨著云計(jì)算的快速發(fā)展，如今云服務(wù)的推出使許多中小企業(yè)用戶轉(zhuǎn)而向云計(jì)算服務(wù)提供商訂購(gòu)云計(jì)算服務(wù)。那么，關(guān)于數(shù)據(jù)中心的能耗問(wèn)題便成了數(shù)據(jù)中心管理者南京 郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 最關(guān)心的問(wèn)題。因此如何在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心部署良好的、持續(xù)的電源供應(yīng) 系統(tǒng)倍受用戶關(guān)注。我國(guó)三大電信運(yùn)營(yíng)商也效仿 Google 的做法，選擇在哈爾濱等地建設(shè)數(shù)據(jù)中心[4]。 本章小結(jié) 本章主要是對(duì) IaaS 和云計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)的介紹，其中包括了 IaaS的定義、優(yōu)勢(shì)及架構(gòu)，充分說(shuō)明 了 IaaS 在云平臺(tái)中的地位與作用。 南京 郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第三章 OpenStack 相關(guān)介紹 OpenStack 簡(jiǎn)介 OpenStack 是一套開源的云計(jì)算平臺(tái)，也是一款工具集。 OpenStack 可以構(gòu)建自己的 IaaS 云計(jì)算環(huán)境，并提供給用戶使用。OpenStack 允許客戶通過(guò)部署虛擬機(jī)來(lái)創(chuàng)建資源，在節(jié)點(diǎn)上通過(guò)使用 KVM 等來(lái)對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行一系列配置。 OpenStack 基礎(chǔ)架構(gòu) OpenStack 通過(guò)一系列的組件服務(wù)提供了一個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)（ IaaS）的解決方案 [5]。 （ 2） Swift：對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)提供彈性可伸縮、高可用的分布式對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)，適合存儲(chǔ)大規(guī)模非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。 （ 4） Cinder：塊存儲(chǔ)服務(wù)為虛機(jī)提供可用于持久存儲(chǔ)的塊存儲(chǔ)服務(wù)。 （ 6） Keystone：認(rèn)證服務(wù)為 OpenStack 提供認(rèn)證和授權(quán)服務(wù)。 （ 8） Ceilometer：計(jì)量監(jiān)控服務(wù)為 OpenStack 云提供計(jì)費(fèi)、基準(zhǔn)測(cè)試及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能。 （ 10） Trove：數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)為關(guān)系型和非關(guān)系型數(shù)據(jù)引擎提供可擴(kuò)展、可靠的云數(shù)據(jù)庫(kù)即服務(wù)功能。 圖 OpenStack 概念架構(gòu) OpenStack 訪問(wèn)流程 （ 1） User 通過(guò)自己的身份憑證（ Credentials）想 Keystone 服務(wù)發(fā)起認(rèn)證，Keystone 如果通過(guò)認(rèn)證則給 User 頒發(fā)密鑰（ Token），之后執(zhí)行（ 2）步。 （ 3） Nova 把密鑰（ Token）和 創(chuàng)建 虛擬機(jī)所需要的鏡像請(qǐng)求發(fā)送給 Glance服務(wù)， Glance 通過(guò) Keystone 服務(wù)驗(yàn)證密鑰（ Token），如果通過(guò) Glance 向 Nova返回鏡像執(zhí)行（ 4）步。 （ 5） Nova 得到創(chuàng)建虛擬機(jī)所需要的資源了，之后向用戶（ User）返回請(qǐng)求 南京 郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 OpenStack 訪問(wèn)流程 成功。 Keystone 類似一個(gè)服務(wù)總線，或者說(shuō)是整個(gè) Openstack 框架的注冊(cè)表，其他服務(wù)通過(guò) keystone來(lái)注冊(cè)其服務(wù)的 Endpoint（服務(wù)訪問(wèn)的 URL），任何服務(wù)之間相互的調(diào)用，需要經(jīng)過(guò) Keystone 的身份驗(yàn)證，來(lái)獲得目標(biāo)服務(wù)的 Endpoint 來(lái)找到目標(biāo)服務(wù)。 Users 通過(guò)認(rèn)證信息（ credentials，如密碼、 API Keys 等）進(jìn)行驗(yàn)證，如：住賓館的人。例如，在 Nova南京 郵電大學(xué) 2021 屆 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 中一個(gè) tenant 可以是一些機(jī)器，在 Swift 和 Glance 中一個(gè) tenant 可以是一些