基于OpenStack的云计算数据中心管理系统的设计与开发.doc
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1、南京邮电大学 毕 业 设 计论 文题 目基于OpenStack的云计算数据中心管理系统的设计与开发专 业网络工程学生班级学号指导教师指导单位物联网学院 日期:2021年 1月 19日至 2021年 6月 12日毕业设计论文原创性声明本人郑重声明:所提交的毕业设计论文,是本人在导师指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外,本毕业设计论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要奉献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。 论文作者签名: 日期: 年 月 日摘 要云计算Cloud Computing是网格计算Grid Computing
2、、分布式计算Distributed Computing、并行计算Parallel Computing、效用计算Utility Computing、联机存储技术Network Storage Technology、虚拟化Virtualization、负载均衡Load Balance等一系列传统计算机技术和网络技术开展融合的产物。它旨在通过网络将多个本钱低廉的计算实体整合成一个大型计算资源池,并借助SaaS、PaaS、IaaS等效劳模式,将强大的计算能力分发到终端用户手中。云计算的核心理念就是通过不断提高“云端处理能力,减轻用户负担,将一系列的IT能力以效劳形式提供给用户,简化用户终端的处理负担,
3、最终使用户成为一个单纯的输入/输出设备,享受“云提供的强大计算处理及效劳能力。OpenStack是一个开源的云计算工程和工具集,并且提供了关于根底设施即效劳IaaS的解决方案。OpenStack具有建设这样资源池的能力,通过OpenStack的各种组件多种模式的排列组合,可以搭建成各种规模的“云,这些云可以是私有云、公有云、混合云。本文首先介绍了云计算的背景及其相关技术,并深入了解OpenStack的架构和其各种效劳,掌握各种效劳实现原理,以及探讨OpenStack如何实现对云计算数据中心的管理,最后动手搭建OpenStack云平台和尝试对功能的扩展。由于OpenStack云计算平台在国内的研
4、究起步较晚,在安装部署过程中会出现假设干问题。本文就出现的问题加以汇总并给出解决方法,可以在安装部署OpenStack时提供参考。关键词:云计算;IaaS;OpenStack;管理平台ABSTRACTCloud Computing is the product of a series of traditional computer technology and network technology integration of Grid Computing, Distributed Computing, Parallel Computing, Utility Computing, Networ
5、k Storage Technology, Virtualization, Load Balance and so on. It is designed by the network to integrate multiple low-cost computing entity into a large pool of computing resources, and with SaaS, PaaS, IaaS services model, the computing power is distributed to the end users. Cloud computing is the
6、core concept by continuously improving the cloud side processing ability to reduce the burden on the user, a series of IT capabilities as a service to users, simplify the processing burden on the user terminal, and ultimately make the user a simple input / output equipment. Whats more, people could
7、enjoy powerful computing capabilities Cloud provided.OpenStack is an open source cloud computing projects and tools, and provides information on the infrastructure as a service (IaaS) solutions. OpenStack has the ability to build such a resource pool, through permutations and combinations of the var
8、ious components of OpenStack multiple modes, can be built into a variety of sizes, cloud, these clouds can be a private cloud, public cloud, hybrid cloud. This paper describes the background of cloud computing and related technologies, and in-depth understanding of OpenStack architecture and its var
9、ious services. In order to acknowlodge a variety of services to achieve the principles, and to explore how to achieve the OpenStack cloud computing data center management, we finally have come up with OpenStack Cloud platform and try to extend the capabilities. Since the OpenStack cloud computing pl
10、atform in China started late, there will be a number of issues in the installation and deployment process. This article appeared to be summary of the issues and gives solutions that can provide a reference during the installation deploy OpenStack.Keywords: Cloud Computing; IaasS; OpenStack; Manageme
11、nt Platform目 录第一章 绪论11.1 研究背景及意义11.1.1 背景及意义11.1.2 国内外开展现状11.2 研究工作意义31.3 论文组织结构4第二章 IaaS及关键技术相关介绍52.1 Iaas概述52.2 IaaS效劳特征及优势52.3 IaaS整体架构52.4 IaaS关键技术介绍72.4.1 虚拟化技术72.4.2 KVM与QEMU72.4.3 数据存储技术82.4.4 资源管理技术92.4.5 能耗管理技术92.5 本章小结10第三章 OpenStack相关介绍113.1 OpenStack简介113.1.1 OpenStack根底架构113.1.2 OpenSta
12、ck访问流程123.2 OpenStack认证效劳Keystone133.2.1 Keystone介绍133.2.2 Keystone概念133.3 OpenStack计算效劳Nova143.3.1 Nova简介143.3.2 Nova架构153.3.3 Nova工作流程163.4 OpenStack网络效劳Neutron173.4.1 Neutron介绍173.4.2 Neutron 网络创立过程183.5 本章小结19第四章 OpenStack云管理平台的搭建204.1 单节点安装部署OpenStack204.1.1 实验环境及实验拓扑204.1.2 构建过程204.2 云平台搭建主要过程
13、和问题解决214.2.1 Keystone的安装与问题分析214.2.2 Glance的安装与问题分析224.2.3 Cinder的安装与问题分析234.2.4 Nova和Quantum的安装与问题分析244.2.5 Horizon的安装与问题分析284.3 OpenStack计费系统的研究284.3.1 OpenStack计费系统的设计与实现294.3.2 计费系统的计费机制304.3.3 计费系统的扣费方法304.3.4 计费系统的平安检查304.3.5 计费系统与资源监控系统的交互304.3.6 计费系统的数据处理314.3.7 计费系统功能的设计324.4 本章小结34第五章 Open
14、Stack云平台的测试355.1 对各项效劳的测试355.1.1 创立实例355.1.2 查看实例概况355.1.3 动态调整实例大小355.2 对实例可用性的测试365.3 本章小结37结束语38致 谢39参考文献40仅供学习参考南京邮电大学2021届本科生毕业设计论文第一章 绪论1.1 研究背景及意义1.1.1 背景及意义人类社会从蒸汽机进入了工业时代,又从电的时期进入了现代文明,从计算机互联网进入了地球村的时代。那么,云时代的到来会是怎样一番情景?云计算被认为是继个人电脑、互联网之后电子信息技术领域的又一次重大的变革,其实质是一种基于互联网的计算模式,在这样的模式下,计算资源计算能力、存
15、储能力、交互能力是动态、可伸缩且虚拟化的,以效劳的方式提供。这种新型的计算资源组织、分配和使用模式,有利于合理配置计算资源并提高其利用率,降低本钱,促进节能减排,实现了绿色计算,这更切合了我国经济转型的开展战略。OpenStack作为一个开源的云计算平台,吸引了众多一流厂商的参加,这些机构与个人都将OpenStack作为根底设施即效劳IaaS资源的通用前端。1.1.2 国内外开展现状最近,新浪云计算宣布正式参加全球开源云计算工程OpenStack,将选择OpenStack作为IaaS平台解决方案。作为OpenStack中国的积极推动者,这在很大程度上将推动OpenStack云开源代码工程的开展
16、。更值得快乐的是,中国企业UnitedStack现已推出了基于OpenStack的云计算效劳,这充分说明了OpenStack的存在价值。通过trends.google ,可以了解到目前人们对一些开源云计算工程的关注趋势。Rackspace以OpenStack为根底的私有云业务每年7亿美元,增长率超过20%。因此,在开源云计算工程领域,OpenStack早已崭露头角,如图 1.1所示,它成为了当今最热门的开源工程之一。Eucalyptus 是最早试图克隆AWS的开源IaaS云平台,整体架构如图1的左半局部所示。Eucalyptus由云控制器CLC、Walrus、集群控制器 CC、存储控制器SC和
17、节点控制器NC组成,它们相互协作共同提供所需的云效劳。组件间使用支持WS-Security的SOAP消息实现安 全的通信。Eucalyptus对外提供兼容AWS的SOAP和Query接口,不提供其他API。OpenNebula没有采用SOA的设计,没有将计算、存储和网络设计为独立组件,解耦做得还不够。值得注意的是,OpenNebula用 Libvirt所提供的接口远程调用计算节点上的虚拟化控制命令。这种Agentless的设计在系统安装部署阶段会减少很多软件安装配置工作,是一个设计亮点。所有的开源IaaS云平台在分层上做得都比拟好;在SOA/组件化/解耦这点上来看,OpenStack和Euca
18、lyptus有优势;在框架和插件设计上,除Eucalyptus较差外,其他平台均有很好的设计OpenStack的开发平台做得最好,CloudStack次 之。综合来看,目前OpenStack的设计是最好的,Eucalyptus和CloudStack次之。相比开源工程的“前辈,OpenStack是一个更高级且现代化的开源工程,因为它是高度协作的产物。OpenStack的支持者都是世界顶级的供给商,可以看出OpenStack倍受青睐,可以说它是开源界的明星产品。目前,例如VMware、RedHat、Cisco、EMC等各供给商,都表示对其支持。图1.1 OpenStack与其它开源云计算工程的趋势
19、比照相比之下,OpenStack工程从最开始就开展开放社区,其直接结果是,OpenStack里聚集了比CloudStack更多的主流供给商。在大多数情况下,这些厂商开发的组件第一时间提供给OpenStack,之后才为CloudStack提供接口1。OpenStack也有不够完善的地方,如OpenStack相对于CloudStack来说更加复杂,对终端用户的支持不够;在安装部署上不如CloudStack便捷;在界面显示方面也不如CloudStack丰富。Amazon 公司于2006年推出的云计算效劳AWS,Amazon Web Services核心产品包括弹性计算云EC2Elastic Comp
20、uting Cloud、简单存储效劳S3Simple Storage Service、简单队列效劳 SQSSimple Queue Service、内容推送效劳CloudFront和简单数据库效劳SimpleDB等,为企业提供计算和存储效劳。Amazon 公司收费的效劳工程包括存储空间、带宽、CPU资源以及月租费。其中存储空间、带宽按容量收费,CPU 根据运算时长收费,月租费那么与 月租费类似9。Google 是最大的云计算技术使用者,提供全球知名的互联网搜索引擎效劳。Google 搭建了一个称为Google App Engine的云平台,为第三方应用提供大型并行计算效劳。更值得一提的是,Go
21、ogle 于2007秋季在全球宣布了云方案,通过与 IBM 开展合作,开始在美国多所大学,包括卡内基美隆大学、麻省理工学院等,推广云计算技术。这项方案希望通过为这些大学提供相关的软硬件设备及技术支援,能降低分布式计算技术在学术研究方面的本钱,并且使得学生可以透过网络开展各项以大规模计算为根底的研究方案13。IBM于2007年第四季度推出了“Blue Cloud蓝云云计算平台,提供即买即用的云计算效劳3。“蓝云使用具有自我管理和自我修复的虚拟化云计算软件,使得用户的应用可以访问分布式的大型计算效劳器池。2021年8月1日,IBM宣布斥资3.6亿美元在美国北卡罗来纳州建立云计算数据中心。IBM 同
22、时还将在东京建立一所新的机构,帮助用户使用云计算根底设施。另外,IBM亦与17个欧洲组织合作开展 RESERVOIR 云计算工程,实现 “无障碍的资源和效劳虚拟化。 微软于2021年10月推出了Windows Azure操作系统,Azure底层是微软全球根底效劳系统,由分布于全球的第四代数据中心组成,通过互联网让 Windows 真正由PC延伸到云计算效劳上。目前,微软的云计算系统已经包括超过 220个集装箱式数据中心和多达44万台的效劳器。1.2 研究工作意义自从2006年Google首席执行官埃里克施密特在搜索引擎大会上首次提出 “云计算Cloud Computing的概念, 云计算就成为
23、近几年来IT领域一个非常热门的研究方向。它使用户能够通过网络便利、按需地从一个共享的、可配置的资源池中获取计算、存储、网络等资源。 而在云计算的3种部署模式公有云、私有云、混合云中,公有云虽然以其低廉的价格、灵活的弹性策略吸引大量的用户。然而,构建一个云计算数据中心,使之主要为企业内部乃至公共市场提供云效劳,并且让IT人员能对其数据、平安性和效劳质量进行有效的控制,成为倍受大企业青睐的选择。此外,云计算数据中心能够提供更高效、个性化的弹性计算资源分配能力,能够更有效地利用企业内部现有的IT设备资源,打造更符合企业需求的云平台。鉴于上述提到的公有云的数据平安问题,本文的出发点在于如何构建一个适合
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