基于OpenStack的云计算实训平台建设与应用

蔡洁

摘要：随着信息时代的不断发展，我国逐渐加大了对网络安全调控的力度，以满足多元化的实训需求。而OpenStack的出现和应用为更好地建设云计算实训平台有重要作用，在OpenStack的应用背景下，加强对云计算实训平台的建设和应用势在必行。基于以上情况，本文首先在介绍云计算实训平台设计框架的基础上，从控制节点的安装和配置、计算节点的部署、云平台用户权限三个方面，分析了云计算实训平台的建设;接着从基于OpenStack的桌面云系统、基于OpenStack的大数据应用环境两个方面，研究了云计算实训平台的应用。希望通过这次研究，为相关领域技术人员提供有效的借鉴和参考。

关键词：OpenStack;云计算;实训平台;建设;应用

中图分类号：TP393.07              文献标识码：A

在云计算技术的不断发展和应用下，我国云服务水平得到了显著提升，大量高校逐渐加入到云计算相关专业课程的开发队伍中。为进一步建设云计算实训平台，提高高校科研水平，保证对人才培养发挥出重要作用，OpenStack作为云平台建设中常用的主流架构技术，被广泛地应用于诸多高校云计算实训平台中，并取得了良好的应用效果。因此，为了进一步提高高校人才的培养质量，在OpenStack的应用背景下，如何科学建设和应用云计算实训平台是相关领域技术人员必须思考和解决的问题。

1  云计算实训平台的设计框架

云計算实训平台作为高校实训教学中常用的系统，在具体的建设中，需要针对用户的个性化使用需求，对实训环境进行智能化创建，并为用户提供相应的应用开发功能和管理服务功能，从而为用户带来良好的使用体验，尽可能满足高校实训教学的需求[1]。为此，相关领域技术人员要重视对云计算实训平台框架的科学设计，确保该平台能够为用户提供强大的大数据处理功能以及存储和管理分布式信息数据的功能。

1.1  云平台拓扑结构

在OpenStack的应用背景下，为了保证云计算实训平台的建设水平，相关领域技术人员要重视对云平台拓扑结构的设计，云平台拓扑结构如图1所示。从图中可以看出，该平台主要由控制节点主机和计算节点主机两个部分组成，同时，还充分应用了虚拟服务器，在有效结合多节点模式应用特点的基础上，采用扩大计算节点个数的方式，对该平台的功能进行不断修改、优化和完善，从而实现对该平台运行性能的进一步提升。此外，该平台在具体的规划中，主要用到了两种类型的网格，一种是管理网格，另一种是数据网格。其中管理网格主要用于对相关操作系统通信功能的更新和完善[2]，以发挥OpenStack组件的应用优势;而数据网格主要用于对虚拟服务器内部结构的优化，确保虚拟服务器的运行性能。云计算实训平台在具体的建设中，还为CloudController（中文简称“云控制器”）和NetworkController（中文简称“网络控制器”）等多台虚拟机提供了强大的控制节点支撑。同时，这两种服务器还为OpenStack相关控制服务器提供了良好的运行环境，确保OpenStack相关控制服务器能够在控制节点的作用下能够可靠、稳定、安全地运行。

1.2  云平台架构设计

OpenStack作为常用的云开源框架技术，在云平台框架设计中占据着举足轻重的地位，通过应用OpenStack对云平台框架进行设计，不仅可以实现对网络资源的标准化、规范化管理，还能为更好地简化虚拟机部署流程以及提高计算节点的可拓展性创造良好的条件。因此，在对云平台架构进行设计的过程中，相关领域技术人员要在充分结合云环境部署需求的基础上，加强对云平台相关功能的维护和更新，确保云计算实训平台的运行性能。此外，为了保证良好的用户体验，相关领域技术人员还要充分借助OpenStack服务组件，根据高校实训教学的实际需求，提高软硬件资源的利用率，对云计算实训平台实际运行状态进行全面监控，以达到智能化部署相关服务器的目的。只有这样，才能确保云计算实训平台功能的强大性。

2  云计算实训平台的建设

在云计算实训平台具体的建设过程中主要涉及制节点安装和配置、计算节点部署、云平台用户权限设置三大环节。因此，为了充分发挥和应用OpenStack的应用优势，提高云计算实训平台的建设水平，相关领域技术人员要在有效结合用户个性化需求的基础上，严格按照以上环节的操作标准和要求[3]进行实施，提高云计算实训平台的运行性能。

2.1  控制节点的安装和配置

在该环节中，相关领域技术人员要充分利用控制服务器对控制节点进行安装和部署。控制服务器主要运行在CloudController和NetworkController两个虚拟机中，控制节点在具体的安装中主要采用了脚本安装方式进行安装，在这个过程中，充分利用了DVD光盘的应用优势，在借助物理服务器的基础上，实现对控制节点的自动化安装[4]。此外，还要根据相关脚本的设置需求，在确保操作系统成功安装完毕后，需要相关工作人员采用系统重启的方式，完成对以下网络配置相关参数的配置。（1）根据管理网络和数据网络两种网卡的使用需求，完成对网卡相关参数的配置。通常情况下，管理网络网卡和数据管理网卡的默认值分别是eth0和eth1，相关人员可以根据实际需要，对这些默认值进行自行修改和配置。（2）加强对管理网络相关信息数据的配置。在这个过程中，需要的配置信息参数主要包含IP地址范围和动态IP地址范围，在这两种地址范围进行配置的过程中，必须确保两种地址的指定范围是独立的、不可交叉重复的，以避免因两种地址出现交叉重复而发生冲突，进而影响管理网络网卡的正常运行。另外，相关领域技术人员还要重视对路由器地址和子网掩码等各个参数的配置。（3）加强对两种服务器IP地址的配置，这两种服务器分别是NTP服务器和DNS服务器。在这个过程中，相关领域技术人员要对主机域名进行科学设置，确保系统故障信息能够正常、稳定地发送给相应的邮件地址，从而保证通信的顺畅性和有效性。

2.2  计算节点的部署

计算节点主要用于对OpenStack虚拟机所需要的硬件环境的优化和构建，确保OpenStack虚拟机能够可靠、稳定、安全地运行。云计算实训平台在具体的建设中，离不开对多个计算节点的使用。因此，为了保证计算节点的部署效果，相关领域技术人员要在充分利用xCAT工具的基础上，采用集群管理的方式对计算节点进行科学合理的部署。首先，要采用导入虚拟机的方式，将用于安装虚拟机的脚本工具镜像导入xCAT虚拟机中，并对该虚拟机上的节点属性进行配置，以确保xCAT虚拟机能够正常启动[5]。其次，当计算节点成功安装完毕后，相关领域技术人员要采用登录系统的方式，登录到指定的計算节点，然后对BIOS相关参数进行设置，以达到安全启动网络的目的。最后，采用开启计算节点的方式，利用网络启动系统对计算节点相关参数进行重新获取和配置，从而实现计算节点的标准化、智能化部署。

2.3  云平台用户权限的设置

云计算实训平台所面向的用户主要由以下两种类型组成：普通用户和管理员用户。不同类型的用户所拥有的操作权限也存在很大的差异。其中，普通用户所拥有的平台操作权限内容主要体现在以下三个方面：（1）能够对镜像相关列表信息进行查看和调用;（2）能够对虚拟机相关信息进行查看，并完成对虚拟机的自动化创建和迁移;（3）可以采用创建快照的方式，记录虚拟机整个运行状态[6]。管理员用户所拥有的平台操作权限内容主要体现在以下三个方面：（1）可以利用Nagio对云节点的实际运行状态以及后台管理程序运行状态进行实时查看;（2）可以利用Gangl对平台CPU、平台磁盘等硬件的使用情况进行查看和了解;（3）能够利用Chef实现对计算节点相关服务功能的启动和终止操作。

3  云计算实训平台的应用

3.1  基于OpenStack的桌面云系统

在OpenStack的应用背景下，桌面云系统主要运用了虚拟化技术，充分结合远程桌面协议，采用虚拟化处理的方式，完成了对计算机桌面环境的构建。同时，还借助数据中心服务器，为桌面虚拟机运行提供良好的硬件环境，用户通过客户端，采用访问云端的方式进入应用程序，实现对相关信息数据的访问和调用[7]。总之，通过利用虚拟桌面架构的模式实现对桌面云系统的构建，用户可以充分利用实训环境完成对虚拟机的自动化管理和创建。桌面云系统在具体的应用中，能够充分利用相关软件完成对实训镜像的制作，为后期更好地分配内存硬件资源奠定坚实的基础，确保用户所使用的软件环境能够满足实训需求。在这个过程中，用户仅仅需要采用登录注册的方式，申请相应的操作权限，然后充分利用虚拟桌面，登录并访问相应的虚拟机，就可以在桌面云系统所提供的虚拟机环境下进行一系列的实训操作。

基于OpenStack的桌面云架构图如图2所示，从图中可以看出，通过利用桌面云系统，可以借助计算节点实现对专用虚拟机的构建，确保所构建的虚拟机能够满足不同用户的使用需求。同时，还要根据用户的使用需求，利用虚拟机完成对相关操作系统的部署，并在结合桌面显示协议的基础上，为用户提供虚拟机操作桌面，从而提高用户的使用体验。

此外，用户还能充分利用虚拟机内部的CPU资源[8]，享受到桌面环境给自己的学习和工作带来的方便。虚拟桌面在具体的运用中，主要采用了映射管理方式，针对不同用户的个性化需求，设计出符合用户需求的个性化虚拟桌面。这样一来，即使用户在使用虚拟桌面的过程中出现网络连接断开现象，用户的数据仍然长期有效地保存在虚拟桌面中，避免用户重要信息数据的丢失或泄露，保护了用户的个人隐私。对于桌面云系统而言，主要由以下两种程序组成：客户端程序和服务器端程序。其中服务器端程序主要被部署在CloudController服务器上，而客户端程序主要被部署在客户专用的设备上。管理员用户通过使用桌面云系统可以实现对大量租户的创建，同时，还能在所有租户的名下完成对单个用户的创建。这样一来，所有用户在使用桌面云系统的过程中，仅能访问专属于自己的桌面虚拟机，以达到保护用户重要信息数据的目的。

3.2  基于OpenStack的大数据应用环境

随着大数据技术的不断发展和普及，我国迎来了大数据时代。因此，在OpenStack的应用背景下，大数据应用环境的出现和应用为存储海量信息数据，提高计算效率提供了强大的技术支持。而基础架构云平台具有存储海量信息数据、计算和管理各类信息数据的强大功能。所以，将大数据技术应用于云计算平台中，可以最大限度提高数据处理能力和存储能力。为了保证高校大数据相关实训教学的效率和效果，相关领域技术人员需要将分布式数据部署在云计算实训平台上，充分应用该平台提高计算资源的利用率。此外，为了确保服务器能够科学合理地利用计算资源，云计算实训平台在具体的运用中，还要借助Glance服务器来完成对虚拟机相关镜像的录制和存储，所有镜像在具体的制作中均用到了操作系统和网络环境，并采用Hadoop集群的方式，将大量的计算节点部署在云计算实训平台上，从而最大限度发挥虚拟机的管理作用。一旦Hadoop集群所承担的负载能力超过自身承受能力时，云计算实训平台还可采用申请硬件资源的方式，对计算节点数量进行不断增加，以争取更多的存储空间，缓解自身的负载压力。为了充分发挥云计算实训平台的应用优势，在OpenStack的应用背景下，相关领域技术人员还可以采用建立集群的方式，完成对相关操作流程的优化和完善。同时，还要对所需要的Hadoop参数进行合理配置，以达到利用镜像增删改查计算节点的目的。

4  结语

在OpenStack的应用背景下，云计算实训平台在建设和应用方面取得了很大的突破和创新，该平台不仅功能强大，通用性强，具有良好的用户体验，还在高校教育领域中取得了显著的应用效果，深受广大高校师生的青睐和喜爱。为了方便后期该平台的维护和升级，相关软件开发人员需要再接再厉，用更加优雅的代码扩充更多实用的功能，从而为促进云计算实训平台健康、可持续发展，提高其应用价值提供有力的保障。

（责任编辑：张  琼）

参考文献：

[1]金永霞，孙宁.基于OpenStack的云计算实验平台建设与应用[J].实验技术与管理，2017（06）：145-149.

[2]许彦佳.基于Openstack云计算技术的实训平台构建与应用——以中职《网络操作系统》课程为例[J].广东教育（职教版），2019（06）：33-35.

[3]范久岳.基于OpenStack的云计算实验平台建设与应用[J].数字通信世界，2019（04）：135-135.

[4]袁梦雪，朱海燕，李永豪，等.基于OpenStack构建高校实验室云计算管理平台的实现[J].科技展望，2016（07）：14-15.

[5]余波，容湘萍，秦景辉.基于OpenStack的网络攻防实训一体化虚拟实验室的设计与实现[J].工业和信息化教育，2018（07）：68-74.

[6]梁翠.基于OpenStack的云计算平台的性能测试研究[J].电子设计工程，2017（20）：21-25.

[7]曹维.基于OpenStack的云计算平台在高校教学中的应用[J].黑龙江科技信息，2019（26）：183+24.

[8]文钧正，胡玉鹏，李红卫.Openstack云计算平台与存储平台的对接方法：中国，CN201911276496.4[P].2019-12-12.