1、CENTRAL SOUTH UNIVERSITY本科生毕业论文(设计)论文题目：基于 OpenStack 的操作系统镜像管理设计与实现学生姓名： 指导老师： 学 院： 信息科学与工程学院 专业班级： 物联网工程 完成时间： 年 月 I摘要OpenStack 是云计算领域的开源解决方案，它实现与亚马逊 AWS 相似的功能。通过比较独立的十个子项目 OpenStack 可以提供虚拟的云主机，适合于大规模的IaaS 应用或者企业内部的小规模应用。镜像管理作为 OpenStack 中核心组成部分，保证整个项目的运行完整性。本论文结合课题的研究背景及开源项目 OpenStack，主要的研究内容如下：1）
2、OpenStack 接口的分析及 Horizon 源码的分析。论文对 OpenStack 核心组成子项目的 Glance、Swift 、Cinder 接口进行分析描述，并对 Horizon 源码及其架构Django 进行分析。通过对接口的熟悉和 web 架构的熟悉，在 OpenStack 镜像管理相关项目上做深层研究。2）镜像管理的实现，通过集成 Ceph 作为 OpenStack 镜像管理和卷的后端存储，实现镜像及云主机多种存储方式的管理。本文利用 Ceph 替换掉 OpenStack 原有的对象存储 Swift 提供镜像的存储并使用 Ceph 块存储作为 Cinder 卷部分的后端实现。关
3、键词: 云计算 OpenStack 对象存储 块存储 CephIIABSTRACTOpenStack is an open source solution in the field of cloud computing, similar to the Amazon Web Service.Based on ten independent sub project,OpenStack provides the Instance of Operating System,which is suitable to building massive IaaS or small deploying just
4、 for a company. The Image management as a core portion ensures the integrality Of OpenStack.This paper combines research background with the open source project OpenStack, the main research contents are as follows:First,analysis of the interface of OpenStack and horizon code. There Paper describes t
5、he interface of the core subprojects Glance, Swift and Cinder ,then analyzes the horizon source code and Django Framework. With understanding of the interface and web framework, we can do more research to the image management of OpenStack.Second,the realization of image management. Try to Integrate
6、Ceph as the back-end storage of image management and volumes, make image and instance a variety of storage management.In this paper, we use the Ceph to replace the original object storage Swift which provides image storage and use Ceph as the backend of Cinder block storage volume implementation.Key
7、 words: Cloud computing OpenStack Object storage Block storage Ceph基于 OpenStack 的操作系统镜像管理设计与实现 目录目录摘要 .IABSTRACT .II第一章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 国内外研究现状 .11.3 主流开源云计算项目 .3第二章 相关技术介绍 .52.1 OpenStack 及其子项目介绍 .52.2 关键技术介绍 .112.2.1 Python .112.2.2 WSGI .112.2.3 Spice 协议 .122.2.4 CAP 理论和 NWR 存储策略 .122.2.5 AMQ
8、P 与 RabbitMQ .132.3 OpenStack 的镜像存储 .132.3.1 本地文件系统、NFS 系统 .132.3.2 Swift、S3 对象存储系统 .132.3.3 Ceph、Sheepdog 分布式存储 .14第三章 接口分析及方案设计 .153.1 OpenStack 项目接口描述 .153.1.1 Glance 接口描述 .153.1.2 Swift 接口描述 .163.1.3 Cinder 接口描述 .183.2 Horizon 源码分析 .223.3 Ceph 扩展 OpenStack 存储后端方案设计 .25第四章 OpenStack 镜像管理实现 .274.1
9、 软件硬件配置要求 .274.2 部署 OpenStack 云计算平台 .284.3 安装 Ceph 分布式存储系统 .324.3 使用 Ceph 集成 OpenStack 镜像管理 .35第五章 总结与展望 .38基于 OpenStack 的操作系统镜像管理设计与实现 目录5.1 遇到的问题 .385.1.1 VMware 软件 NAT 网络的配置 .385.1.2 Nova 配置文件 Section 不全 .385.2 OpenStack 应用评价 .395.3 后期工作展望 .405.4 总结 .40参考文献 .42基于 OpenStack 的操作系统镜像管理设计与实现 第一章 绪论1第
10、一章 绪论本章主要介绍课题的产生背景、国内外研究现状及世界上主流的开源云计算项目。1.1 课题背景随着互联网的不断普及，互联网早已成为世界上信息资源最丰富的网络,人类被网络所包围，越来越难以离开互联网。互联网极大地丰富和方便了人们的生活，但是互联网中计算资源本身的自治性、开放性、动态性和多样性，使得其不能有效地、自动根据用户需求搜索、加载、并运行软件和提供智能化的服务。在这样的背景下，云计算随之诞生。云计算作为一种新的计算模式被提了出来，它为企业及用户提供一种按使用量支付成本的方式，提供便捷的、可利用的和按需使用的网络访问，通过可以由使用者灵活配置的共享资源池（网络、存储、服务器、应用）等等，
11、这些资源能够被很快的提供，投入产出比相对较好。现有的许多应用框架支持云计算环境的构建，Google 公司开发了云计算的编程框架 MapReduce 用于支持云时代大数据的处理，亚马逊提出了 EC2 和 S3 支持计算和存储服务等。基于上述框架所构建的云计算平台发展迅速，功能也愈加强大。与此同时，一些开源项目实现了目前较为成熟的云计算平台的核心框架，Hadoop 提供了类似于 Google 公司的云计算解决方案，OpenStack 提供了与Amazon 的云计算平台 AWS 相近的开源解决方案。在云计算众多的研究领域中，我校校长张尧学院士提出了“透明计算”概念。透明计算通过把存储、运算、管理进行
12、逻辑或者物理分离，在平台上实现软硬件的相互独立，在执行上实行有缓存的流式运算，从而把计算还原成“不知不觉、用户可控”的个性化服务。作为向透明计算进行科研探索的一部分，我们对云计算领域最热门的开源项目OpenStack 进行研究，分析理解其对镜像的管理与存储相关的内容，探索可以推进透明计算的方式。1.2 国内外研究现状美国是“云计算”概念的发源地，也是云计算应用的主战场，其产品成熟度较高，还有许多业界 IT 企业推动，发展飞速。欧洲、日本、印度等国家也在积极推进云计算相关领域研究。作为 OpenStack 的模仿对象，亚马逊的 AWS 于 2006 年基于 OpenStack 的操作系统镜像管理
13、设计与实现 第一章 绪论2推出，通过 Web 服务为公司提供 IAAS 服务，其主要优势是能够根据业务发展以较低可变的成本来增加或减少基础设施的投入。2013 年 12 月 28 日，亚马逊的AWS 宣布进入中国，在当时引起了国内提供 IT 云计算服务的公司担忧。国外的对 OpenStack 的研究主要是世界几大 IT 巨头。RedHat 自加入 OpenStack 后便大量投入 OpenStack 的工作。2014 年 RedHat公司发布的声明中甚至将 OpenStack 作为公司未来 10 年的盈利重心，对OpenStack 的重视程度也提高到了如 RHEL 一样的高度。RedHat 在
14、 OpenStack 社区的代码贡献率也攀升到了第一名。甲骨文公司已经成为 OpenStack 基金会的赞助商，并努力促成 OpenStack 与其公司业务的相互兼容。开发世界上最流行 Linux操作系统 Ubuntu 的公司 Canonical 在 OpenStak 发展早期宣布支持 OpenStack，作为 OpenStack 的官方推荐系统，Ubuntu 做了很多优化部署和使用的工作。OpenStack 作为全球当前最为流行的开源云计算平台，它的发展与业界厂商与广大开发者的支持是分不开的。而在其不断的发展过程中，中国的开发者越来越登上了舞台，甚至已经变成了 OpenStack 发展进程中
15、的不可或缺的一环。前不久在亚特兰大的 2014 年 OpenStack Summit 中，国内的开发者越来越多的参与到了国际性的会议中。国内也有一些公司在对 OpenStack 进行实践，研究，众多的 IT厂商和开发者在参与其中。作为国内领先的通信设备提供商，华为在 2013 年宣布支持 OpenStack 并被接纳为金牌会员。目前华为有几百余人的团队在进行相关领域的工作。新浪也是国内较早应用 OpenStack 的企业之一，Sina App Engine（SAE）作为新浪提供的云主机服务，较早的关注并使用了 OpenStack 的技术。其技术团队负责人程辉也是业界有名的 OpenStack
16、专家。携程网络于 2012 年建立了基于 OpenStack 的内部云系统，用于支撑自身巨大的业务访问需求。百度、360 在其公司内部部署了超过 1000 多个结点的OpenStack 应用环境。爱奇艺内部部署的虚拟机也超过了 3000 个，这些互联网巨头都在加速对 OpenStack 的投入。国内的开发者如杜玉杰、程辉、陈沙克、刘光亚等等，也都积极活跃在OpenStack 的推广与开发中。杜玉杰是第一届 OpenStack 基金会独立董事，杜玉杰组织了第一次 OpenStack上海用户组会议，致力于推广 OpenStack 在中国的发展，目前其运营有TryS 训练营，为企业和开发者提供简短的
17、 OpenStack 培训。程辉是新浪云产品经理，当选为第一届 OpenStack 基金会独立董事。其在新浪内部率先采用了 OpenStack 作为新浪云的技术平台，并负责 OpenStack 在北京的地区的推广应用。目前，程辉创立了 UnitedStack, 致力于简化 OpenStack 繁杂的部基于 OpenStack 的操作系统镜像管理设计与实现 第一章 绪论3署，其 UOS2.0 于最近发布。陈沙克因在其个人站点“陈沙克日志”中撰写了大量的 OpenStack 相关的实践博客而被 OpenStack 后继的学习者所认识。OpenStack 的火爆程度，以及越来越多企业和开发者对 Op
18、enStack 的关注，促进了 OpenStack 的发展与进步。OpenStack 在云计算领域的影响力及其众多的支持者和开发者一定能够把 OpenStack 推向一个更高的平台。1.3 主流开源云计算项目目前有多个云计算平台的开源实现，主流的开源云计算项目有Eucalyptus、CloudStack 和 OpenNebula、OpenStack 等，基本介绍如下：EucalyptusEucalyptus1是一个用于实现云计算的开源软件基础设施，用来通过计算集群或工作站群实现弹性的、实用的云计算。最初是美国加利福尼亚大学 Santa Barbara 计算机科学学院的一个研究项目，现在已经商业
19、化。Eucalyptus 是Amazon EC2 的一个开源实现，它与 EC2 的商业服务接口兼容。Eucalyptus 不同于其他的 IaaS 云计算系统，是一个面向研究社区的软件框架，它采用模块化的设计方案，组件可以进行升级，为研究人员提供了一个进行云计算研究的很好的平台。Eucalyptus 的设计目标是容易扩展、安装和维护。和 EC2 一样，Eucalyptus 依赖于 Linux 和 Xen 进行操作系统虚拟化。CloudStackCloudStack1是一个开源的具有高可用性及扩展性的云计算平台，它可以帮助用户利用自己的硬件提供类似于 Amazon EC2 那样的公共云服务。Clo
20、udstack 支持管理大部分主流的 hypervisors，如 KVM，XenServer ，VMware，Oracle VM，Xen等。CloudStack 可以通过组织和协调用户的虚拟化资源，构建一个和谐的环境。由 CloudStack 组成的 IAAS 和 data 中心可以快速，轻松地建立在其现有的基础设施，并对外提供云服务的需求，弹性云计算服务。CloudStack 用户可以充分利用云计算提供更高的效率，无限的规模和更快地部署新服务和系统的最终用户。OpenNebulaOpenNebula1是由 Ignacio M Llorente 和 RubenS Montero 创立的一个研究
21、项目，起源于 2005 年，于 2008 年发布了第一版。OpenNebula 是一个虚拟化企业数据中心和云基础设施建设和管理的行业开源解决方案，具有模块化、开放性和可扩展的架构，目前可支持 XEN、KVM 和 VMware，以及实时存取 EC2 和 ElasticHosts，它也支持印象档的传输、复制和虚拟网络管理网络。OpenStack基于 OpenStack 的操作系统镜像管理设计与实现 第一章 绪论4OpenStack1是一个 美国国家航空航天局 和 Rackspace 合作研发的，是一个自由软件和开放源代码项目。OpenStack 是一个云平台 管理的项目，这个项目由几个主要的组件组
22、合起来完成一些具体的工作。OpenStack 旨在为公共及私有云的建设与管理提供软件。它的社区拥有超过上千家企业及近万名开发者。OpenStack 项目由基金会管理，基金会成立于 2012 年，是一个实体型非营利组织，旨在保护、促进和授权 OpenStack 软件及其社区。表 1.1 主流开源云计算项目对比Eucalyptus CloudStack OpenNebula OpenStack发布时间 2008.5 2010.5 2008.7 2010.7最新版本 4.0 4.2 icehouse基本架构CLC、 CC、NC、Walrus、SC网络、管理服务、云基础设施API、用户与组、主机、网络
23、、存储、集群Nova、GlanceSwift、 KeystoneHorizon、CinderNeutron、TroveCeilometer虚拟化支持 Xen、KVM 、VMWare Xen、KVM 、VMWare Xen、KVM 、VMWareXen、KVM 、VMWareLXC、QEMU、UML用户界面 简单浏览器、命令行 丰富浏览器命令行 简单浏览器命令行 丰富浏览器命令行公共云支持 兼容 AWS 兼容 AWS 兼容 AWS 兼容 AWS社区活跃度 cloudstack.org opennebula.org openstack.org表 1.1 是目前几大主流云计算平台的相关参数对比。在
24、主流的开源云计算项目中，OpenStack 目前已经获得英特尔、Ubuntu、惠普、思科和中国华为等多个知名公司和开源组织的支持，是目前最火的开源云计算项目。基于 OpenStack 的操作系统镜像管理设计与实现 第二章 相关技术介绍5第二章 相关技术介绍本章主要对 OpenStack 及其子项目进行介绍，并对构建 OpenStack 的关键技术进行描述，最后分析了用于扩展镜像管理存储后端的几种方式。2.1 OpenStack 及其子项目介绍OpenStack 是由 NASA 和 RackSpace 共同组成的云计算平台，帮助服务商和企业内部实现类似于 Amazon EC2 和 S3 的云计算
25、架构服务 (IaaS)。自 2010 年起，OpenStack 已发布Austin、Bexar 、Cactus、 Diablo、Essex、Folsom 、 Grizzly、Havana 和 Icehouse 九个版本。由于 OpenStack2采用 Apache2.0 许可证发布源码，因此在短短四五年的时间内就吸引了 RedHat、 IBM、Cisso、HP、华为等众多企业和组织加入，国内公司也有一些基于 OpenStack 的商业应用出现，比如新浪 SAE、携程、百度、360 等。OpenStack 采用模块化设计，各个组件可以独立工作、分别提供虚拟化、云存储和镜像服务等独立服务；同时也实现了各个组件的联合工作，能够提供比较稳定完整的云计算架构服务，最新发布的 Icehouse 的集成程度算是比较完善了。此外，模块化的设计能把旧的、第三方的技术集成进来，也使得开发者能够比较容易的对 OpenStack 进行二次开发，从而满足业务需求。图 2.1 是对 Openstack 相关子项目的一个结构描述。
