基于openstack的云计算数据中心管理系统的设计与开发毕业设计论文(编辑修改稿)

基于openstack的云计算数据中心管理系统的设计与开发毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

拥有管理员权限，因此用户可以不受限制的进行任何操作。 （ 5）资费灵活 所需资源可以随时开始和停止，用户只需要为自己所使用的资源付费。 IaaS 整体架构 虚拟化技术主要实现了对底层物理资源的抽象，使其成为一个个可以被灵活生成、调度、管理的基础资源单位 [8]。 而要将这些资源进行有效的整合，从而生成一个可以统一管理、灵活分配跳读、动态迁移、计费度量的基础服务设施资源南京 邮电大学 2020 届 本科生毕业设计（论文） 6 池，并向用户提供自动化基础设施即服务，就需 要 IaaS 管理平台。 如图 图 ，这是 对资源管理平台的实现。 图 IaaS 交互模型 资源管理平台负责对物理资源和虚拟化资源进行统一的管理和调度，形成统一的资源池，实现 IaaS 服务的可管、可控，其核心是对每个基础资源单位的生命周期管理能力和对资源的管理调度能力。 在上面的模型中，假定了与云交互的四种人员（开发商、开发人员、操作员、用户），还定义了三层架构（表现、逻辑、资源）和两个正交领域（集成和管理）。 表现层，组件与用户交互，接受并显示用户的信息。 这一层为非开发人员提供了一个 Web 图形界面， 为开发人员提供了 API，还存在负载均衡、控制台代理、安全、命名服务。 逻辑层，为云和控制功能提供情报。 这层内包括部业务流程（工作流程复杂的任务），调度（确定作业对资源的映射），政策（配额等），镜像注册表（例如镜像的元数据），日志（事件和计量）。 资源层，提供实际的计算，网络和存储资源给客户。 提供服务的资源可能是服务器，网络交换机，网络附加存储或其他。 集成功能，大多数服务提供商已经有一个客户的身份和计费系统。 任何云架构将需要与这些系统集成。 管理功能，提供一个 API 来管理云并提供监控功能。 南京 邮电大学 2020 届 本科生毕业设计（论文） 7 IaaS 关键技术介绍 虚拟化技术 虚拟化技术（ Virtualization）已经对计算机发展产生了重要的影响，尤其是最近发展非常热门的云计算技术。 其实，在计算机领域，虚拟化的思想早已经存在，最早 IBM 在二十世纪六十年代就提出并实现了在一台物理机上运行多个不同的操作系统实例，它颠覆了传统的一台计算机运行一个操作系统实例的计算模式。 多个操作系统运行在一个物理机上，共享物理机资源（ CPU 资源、内存资源、网络资源、存储资源等） [3]。 随着计算机硬件资源的不断快速发展，现有的很多软件已不能充分 的利用计算机硬件的资源存在很多的资源浪费现象。 虚拟化技术的出现，提高了物理机或者服务器的硬件资源的利用率，充分地利用了硬件所提供的并行性和高性能，也使系统管理员免去了管理大量物理机的所花费的精力和时间。 虚拟化技术的这些特点，使得虚拟化技术成为整个计算机软件技术中最受到重视的技术之一，它在云计算技术中起着至关重要的作用，是云计算技术的基础。 虚拟化就是通过脱耦合把应用软件和在其上的虚拟的操作系统与底层的物理设备分离开来。 物理机系统的虚拟化究其根本就是通过某种手段把底层的物理设备和其上的软件运行环境分割的 技术。 然而虚拟化技术的出现，远远不止于虚拟出虚拟的操作系统， 现在已经看到了，内存，网络， CPU，文件，存储等的虚拟化。 从一种更高的抽象、一个更广泛的环境中来了解虚拟化技术，它实际上已经成为了一个非常大的概念，可以为用户企业带来很大的便利。 虚拟化技术主要实现了对底层物理资源的抽象，使其成为一个个可以被灵活生成、调度、管理的基础资源单位，如 图。 而要将这些资源进行有效的整合，从而生成一个可以统一管理、灵活分配跳读、动态迁移、计费度量的基础服务设施资源池，并向用户提供自动化基础设施即服务，就需要 IaaS 管理平台。 资源管理平台负责对物理资源和虚拟化资源进行统一的管理和调度，形成统一的资源池，实现 IaaS 服务的可管、可控，其核心是对每个基础资源单位的生命周期管理能力和对资源的管理调度能力。 KVM与 QEMU KVM 虚拟机是基于 Linux 内核虚拟化，自 之后就集成在 Linux的各个主要发行版本中。 它使用 Linux 自身的调度器进行管理，所以相对于 Xen，其核心源码很少。 KVM 的虚拟化需要硬件的支持（如 Intel VT 技术或者 AMD V 南京 邮电大学 2020 届 本科生毕业设计（论文） 8 图 虚拟化架构 技术），是基于硬件的完全虚拟化。 而 Xen 早期则是基于软件模拟的paravirtualization，新版本是基于硬件支持的完全虚拟化 [3]。 QEMU 是一种模拟处理器，现在运用最多的就是将 KVM 和 QEMU 结合起来。 准确来说， KVM 是 Linux kernel 的一个模块，可以用命令 modprobe 去加载KVM 模块 [13]。 加载了该模块后，才能进一步通过工具创建虚拟机。 但是仅有KVM 模块是不够的。 因为用户无法直接控制内核去做事情，还必须有一个运行在用户空间的工具才行。 这个用户空间的工具， KVM 开发者选择了已经成型的开源虚拟化软件 QEMU。 说 起来 QEMU 也是一个虚拟化软件。 它的特点是可虚拟不同的 CPU。 比如说在 x86 的 CPU 上可虚拟一个 power 的 CPU，并可利用它编译出可运行在 power 上的 CPU，并可利用它编译出可运行在 power 上的程序。 KVM 使用了 QEMU 的一部分，并稍加改造，就成了可控制 KVM 的用户空间工具了。 所以你会看到，官方提供的 KVM 下载有两大部分 (QEMU 和 KVM)三个文件 (KVM 模块、 QEMU 工具以及二者的合集 )。 也就是说，你可以只升级 KVM模块，也可以只升级 QEMU 工具。 这就是 KVM 和 QEMU 的关系，如 图。 数据存储技术 为保证高可用、高可靠和经济性，云计算采用分布式存储的方式来存储数据，采用冗余存储的方式来保证存储数据的可靠性，即为同一份数据存储多个副本。 另外，云计算系统需要同时满足大量用户的需求，并行地为大量用户提供服务。 南京 邮电大学 2020 届 本科生毕业设计（论文） 9 图 KVM 与 QEMU 关系 因此，云计算的数据存储技术必须具有高吞吐率和高传输率的特点。 云计算的数据存储技术主要有谷歌的非开源的 GFS(Google File System)和 Hadoop 开发团队开发的 GFS 的开源实现 HDFS(Hadoop Distributed File System)。 大部分 IT 厂商，包括 Yahoo、 Intel 的 “云 ”计划采用的都是 HDFS 的数据存储技术。 未来的发展将集中在超大规模的数据存储、数据加密和安全性保证、以及继续提高 I/O 速率等方面 [4]。 资源管理技术 在多节点并发执行环境，分布式资源管理系统是保证系统状态正确性的关键技术。 系统状态需要在多节点之间同步，关键节点出现故障时需要迁移服务，分布式资源管理技术通过锁机制协调多任务对于资源的使用，从而保证数据操作的一致性。 典型的资源管理技术如 Google 公司的 Chubby 文件系统。 能耗管理技术 随着云计算的快速发展，如今云服务的推出使许多中小企业用户转而向云计算服务提供商订购云计算服务。 而这类云服务大多是安装在主机托管服务提供商所拥有的大型数据中心。 那么，关于数据中心的能耗问题便成了数据中心管理者南京 邮电大学 2020 届 本科生毕业设计（论文） 10 最关心的问题。 处理的能耗是服务能耗的主要组成部分之一，大型的云计算数据中心有可能拥有数百、上万甚至更多的服务器，这些云平台中数量众多的基础资源构件对于电力的消耗也是非常巨大的，这将直接影响数据中心的运营成本。 因此如何在云计算数据中心部署良好的、持续的电源供应 系统倍受用户关注。 Google 的数据中心一般选择在人烟稀少、气候寒冷、水电资源丰富的地区，这些地点的电价、散热成本、场地成本、人力成本等都远低于人口稠密的大都市。 我国三大电信运营商也效仿 Google 的做法，选择在哈尔滨等地建设数据中心[4]。 另外，为满足更多的网络服务需求，降低能耗，减少数字媒体下载量，可采用减少数字垃圾、进行策略性的界面设计、提高使用意识以及避开使用高峰期等措施。 本章小结 本章主要是对 IaaS 和云计算平台实现的关键技术的介绍，其中包括了 IaaS的定义、优势及架构，充分说明 了 IaaS 在云平台中的地位与作用。 虚拟化技术对于云计算平台来说是最重要的，本章还就对最终要的虚拟化技术展开了介绍，包含了关键的 KVM 和 QEMU。 南京 邮电大学 2020 届 本科生毕业设计（论文） 11 第三章 OpenStack 相关介绍 OpenStack 简介 OpenStack 是一套开源的云计算平台，也是一款工具集。 它刚问世不久就得到了学术领域的普遍关注，并很快渗透到各个研究领域。 OpenStack 可以构建自己的 IaaS 云计算环境，并提供给用户使用。 OpenStack 部署云环境的优点就是灵活，可以根据自己的需要来搭建基础设施，同时可以自由地扩充 集群规模。 OpenStack 允许客户通过部署虚拟机来创建资源，在节点上通过使用 KVM 等来对虚拟机进行一系列配置。 客户端用户只需要申请自己需要的虚拟资源。 OpenStack 基础架构 OpenStack 通过一系列的组件服务提供了一个基础架构即服务（ IaaS）的解决方案 [5]。 在较 新版本 IceHouse 中包含了 10 个组件： （ 1） Nova：计算服务是 OpenStack 云中的计算组织控制器，对计算资源、网络、认证和扩展性等进行管理，并通过一个与 Amazon Web Services （ AWS）EC2 API 兼容的 web servicesAPI 来对外提供服务。 （ 2） Swift：对象存储服务提供弹性可伸缩、高可用的分布式对象存储服务，适合存储大规模非结构化数据。 （ 3） Glance：镜像服务提供虚机镜像的注册和分派服务。 （ 4） Cinder：块存储服务为虚机提供可用于持久存储的块存储服务。 （ 5） Neutron：网络服务为其它 OpenStack 组件提供网络连接，通过 API 为终端用户提供自定义网络功能；通过一个插件式架构支持大量网络广商设备及网络技术。 （ 6） Keystone：认证服务为 OpenStack 提供认证和授权服务。 （ 7） Horizon：仪表盘提供基于 Web 的管理控制台，用户可以通过 Web 方式管理和操作 OpenStack 云。 （ 8） Ceilometer：计量监控服务为 OpenStack 云提供计费、基准测试及数据统计等功能。 （ 9） Heat：编排组织服务提供基于模板的编排机制，用户可以通过一个参数化的模板轻松的部署网络、服务器、存储等资源。 （ 10） Trove：数据库服务为关系型和非关系型数据引擎提供可扩展、可靠的云数据库即服务功能。 南京 邮电大学 2020 届 本科生毕业设计（论文） 12 OpenStack 的概念架构，如 图 所示。 图 OpenStack 概念架构 OpenStack 访问流程 （ 1） User 通过自己的身份凭证（ Credentials）想 Keystone 服务发起认证，Keystone 如果通过认证则给 User 颁发密钥（ Token），之后执行（ 2）步。 （ 2） User 把密钥（ Token）和虚拟机的创建请求发送给 Nova 服务， Nova通过 Keystone 服务验证密钥（ Token）如果通过认证则执行（ 3）步。 （ 3） Nova 把密钥（ Token）和 创建 虚拟机所需要的镜像请求发送给 Glance服务， Glance 通过 Keystone 服务验证密钥（ Token），如果通过 Glance 向 Nova返回镜像执行（ 4）步。 （ 4） Nova 把密钥（ Token） 创建 虚拟机所需要的网络资源请求发送给Quantum 服务，通过 Keystone 服务验证密钥（ Token），如果通过 Quantum 向 Nova返回网络资源执行（ 5）步。 （ 5） Nova 得到创建虚拟机所需要的资源了，之后向用户（ User）返回请求 南京 邮电大学 2020 届 本科生毕业设计（论文） 13 图 OpenStack 访问流程 成功。 OpenStack 认证服务 ——Keystone Keystone 介绍 Keystone（ OpenStack Identity Service）是 OpenStack 框架中，负责身份验证、服务规则和服务令牌的功能，它实现了 OpenStack 的 Identity API。 Keystone 类似一个服务总线，或者说是整个 Openstack 框架的注册表，其他服务通过 keystone来注册其服务的 Endpoint（服务访问的 URL），任何服务之间相互的调用，需要经过 Keystone 的身份验证，来获得目标服务的 Endpoint 来找到目标服务。 Keystone 概念 User 即用户，他们代表可以通过 keystone 进行访问的人或程序。