基于OpenStack架构的教育云实现方案

2018-09-03 02:29尚赛花
无线互联科技 2018年16期
关键词:开源虚拟化部署

尚赛花

(西安铁路职业技术学院,陕西 西安 710054)

1 云计算简介

云计算是通过将计算存储网络资源虚拟化,使用云操作系统进行统一管理来提供动态易扩展的各种IT资源。云计算是指改变传统分散式的IT基础设施为集中式的IT基础设施,相应的部署方式和使用模式都发生改变,云计算技术给用户提供通过网络以按需、可伸缩的方式获得所需资源;云计算更加抽象化描述是指服务的交付和使用模式,用户通过网络连接以可伸缩的方式获得所需的服务。服务可以是存储服务、计算服务等,也可是其他服务。在过去几年里,云计算的概念获得了巨大的发展动力,许多企业开始提供私有云、公有云、混合云服务,期望通过改进机器的利用率来降低成本,减少IT运维运营时间。IT发展可以概括为PC大发展阶段、互联网大发展阶段,到当前云计算大发展阶段,云计算被看作第三次IT产业结构性变革的核心技术,是全世界各个国家争夺的战略高地,它将给当今世界带来生活、生产制造方式以及商业模式的本质改变,云计算已经成为更加接近自然人方式的技术热点。云计算从服务化不同对象可以分为基础设施即服务(Infrastructure as a Service,IaaS),平台即服务(Platform as a Service,PaaS),软件即服务(Software as a Service,SaaS)3个层次,3层技术涵盖虚拟化、人工智能与机器学习、Web服务调度、数据库、集群管理和大数据处理等多个领域,通过高校实验室搭建云计算环境,使教学与实验工作能涵盖众多层次与领域,利用好新技术,促进教学工作迈上一个新台阶。

2 OpenStack

OpenStack是一个由美国国家航空航天局和Rackspace联合研发的开源软件集合,许可证授权以Apache形式发布的开源项目。

OpenStack由几个主要的组件计算、存储、网络组合起来完成具体工作。OpenStack能够适合绝大多数的云环境,为云环境提供实施简单、功能丰富、稳定、标准统一的云计算服务栈。OpenStack通过提供基本的计算存储网络以及其组合形式,提供了基础设施IaaS层的服务解决方案,每个服务对外提供独立的API实现丰富的资源管理能力[1-2]。

OpenStack汇集了业界精英共同开发,为私有云的搭建部署与云运营运维提供相应软件的开源项目,目前OpenStack开源项目有130多家企业及2 000多位开发者参与,这些公司与个人都为OpenStack项目工作,共同完善IaaS资源的通用软件[3]。OpenStack开源项目的top任务通过提供极简的私有云部署过程,且具备方便的可扩展性,来促进云产业的发展。本文希望通过提供私有云实验室环境搭建的指导信息,来帮助高校实验室利用OpenStack来搭建自己的私有云环境。

3 学校实验室数据中心

数据中心的发展经历了3个阶段:(1)面向标准化的数据集中存储;(2)面向资源NFV化;(3)面向服务的云计算。不同学校不同院系往往建立独立物理网络、独立的服务器资源,如图1所示。

图1 IT设施独立分布

通过网络、服务器、存储虚拟化整合,IT资源计算、存储、网络作为统一资源,通过云操作系统进行管理,提供丰富的教学方式,通过信息化建设给学校的教学和科研工作带来实质的改变,更加聚焦于业务理论的拓展,不必关注通用的IT设施,如图2所示。

随着云计算产业大发展,高校数据中心也逐步部署私有云环境,传统的网络结构已经不能完全满足虚拟化的要求。目前部分信息化建设较完善的搞笑,基本完成了数据集中化,处于资源虚拟化的阶段,云计算技术阶段也在快速推进的过程中,且是IT发展的终极方向,通过服务器云化的技术手段,比如OpenStack整合资源,充分利用全校的硬件资源,为师生提供先进的IT基础环境。

图2 IT设施云化共享

4 教育云的技术架构

4.1 教育云技术架构

教育云在教育中的逐渐发展,下面基于OpenStack架构搭建的私有实验室云环境,设计了实验室教育云的技术架构,OpenStack为云化操作系统部分,如图3所示。

图3 教育云技术架构

4.2 基于OpenStack的私有云架构图

整个OpenStack是由控制节点、计算节点、网络节点、存储节点四大部分组成。如图4所示,这4个节点也可以安装在一台机器上,进行单机部署。其中:控制面节点为核心,负责对其余节点管理,包含虚拟机分发、网络分配、存储分配迁移等[4]。

(1)计算节点负责对虚拟机进行管理,启动停止等操作。

(2)网络节点管理外部和内部网络之间的IP设置,保证正常通信。

(3)存储节点负责对虚拟机的额外存储管理等。

5 基于OpenStack的实验室环境部署

实验室环境采用资源集中部署、统一管理,统一维护,机房实验环境与外部实验环境互补的方式进行部署,如图5所示。

图4 云计算教育平台技术架构

图5 云计算部署环境

私有云实验环境部署利用OpenStack开源云操作系统为核心,对资源机进行虚拟化管理,并且由多种层次的实验资源进行支撑,整个私有云的管理采用集中化的云管理平台,统一对IaaS层资源、实验资源、教学与实验环境等进行调度以及维护,保障整个实验环境的可靠性、稳定性和安全性[5]。实验云环境通过千兆交换机与机房相连,通过路由器与校园网或者广域网环境互联互通,实现透明开放的实验环境。

私有云计算实验环境的架构如图6所示,云实验环境建立在硬件资源虚拟化的资源池基础上,实现大数据,类PaaS开发环境,并行计算、多种形式的网络拓扑。为学生提供云存储、计算虚拟化、大数据并发计算、统一运营运维管理平台、PaaS层功能、online学习、资源复用等多种服务[6]。

图6 云计算实验平台架构

6 结语

本文搭建的私有换实验室环境主要实现以OpenStack为IaaS层架构,对资源进行集中托管,资源互联互通,杜绝信息孤岛,充分利用了硬件资源,为师生提供可扩展,不可见的基础设施。实验室环境云化后,各种实验所需硬件资源可以灵活扩展,使教学工作更加地集中在专业学习上。

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