許俊淵，許建峰

（浙江浙能天工信息科技有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引 言

云計算作為一個新興且正在蓬勃發(fā)展的技術(shù)，其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展不僅有效推動了當今IT行業(yè)和通信行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，也促使越來越多的企業(yè)和研究機構(gòu)關(guān)注其云計算的相關(guān)技術(shù)。其中，私有云計算平臺作為云計算技術(shù)的重要組成部分，不僅安全性和可控性突出，而且基于OpenStack的私有云計算平臺還能夠有效提升企業(yè)對IT資源的分配利用能力。基于此，對基于OpenStack構(gòu)建的私有云計算平臺進行相關(guān)的研究分析具有重要的現(xiàn)實意義。

1 私有云和OpenStack云操作系統(tǒng)

1.1 私有云的概念及特點

1.1.1 私有云的概念

所謂私有云，就是為一個客戶單獨使用而構(gòu)建的云計算平臺[1]。在實際應(yīng)用過程中，私有云平臺服務(wù)的提供者和使用者通常處于一個企業(yè)或者組織中。基于該種特性，私有云在實際使用過程中對數(shù)據(jù)資源的安全性和服務(wù)穩(wěn)定性的控制效果更加突出，可以有效滿足企業(yè)、組織以及個人的實際使用需求。

1.1.2 私有云的特點

（1）數(shù)據(jù)安全。相比公有云和混合云來說，私有云平臺通常會被構(gòu)建在防火墻的保護之后，所以外界想要獲取私有云中的數(shù)據(jù)信息，必須突破防火墻的封鎖。加上私有云通常為企業(yè)自身所構(gòu)建，所以在實際使用過程中，私有云管理者可以及時有效地發(fā)現(xiàn)私有云運行中存在的諸多問題，進而采用針對性的解決辦法防止問題再一次出現(xiàn)，促使私有云中的數(shù)據(jù)信息被攻擊的可能性較小，有著較強的數(shù)據(jù)安全性。

（2）服務(wù)質(zhì)量高。私有云平臺通常由企業(yè)自身構(gòu)建，且企業(yè)內(nèi)部員工與私有云同處于防火墻的保護中，促使企業(yè)內(nèi)部員工訪問私有云時不會受到網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定等因素的影響，服務(wù)質(zhì)量更高。

（3）不影響現(xiàn)有的IT管理流程。由于私有云同企業(yè)內(nèi)部員工共處于同一個防火墻的保護內(nèi)，所以企業(yè)無需對其制定更多的相關(guān)機制，也無需因其而改變現(xiàn)有的工作流程，不會對現(xiàn)有的內(nèi)部管理造成過多的影響。

（4）提高資源利用率。如今很多公司都有Legacy的應(yīng)用，且該些應(yīng)用是企業(yè)的核心應(yīng)用。相比公有云和混合云來說，企業(yè)可以結(jié)合自身的實際需求構(gòu)建相應(yīng)的私有云平臺，促使私有云對Legacy應(yīng)用有著更好的支持效果[2]。此外，現(xiàn)有的很多私有云工具還能夠利用企業(yè)現(xiàn)有的硬件資源構(gòu)建私有云，提高企業(yè)資源利用率的同時，降低企業(yè)私有云構(gòu)建的實際成本。

1.2 OpenStack概述

OpenStack是由Rackspace和NASA（美國國家航空航天局）合作開發(fā)的一種開源云計算平臺，可以為私有云和公有云提高可擴展的彈性云計算服務(wù)，且有著操作簡單、可拓展性強、標準統(tǒng)一等優(yōu)點[3]，已經(jīng)被IT行業(yè)廣泛運用與云計算平臺開發(fā)過程。

2 OpenStack項目的構(gòu)成單元

OpenStack主要由Nova組件（計算組件）、Swift組件（對象存儲組件）、Keystone（身份認證組件）、Horizon組件（儀表盤組件）、Cinder組件（塊存儲組件）、Quantum組件（網(wǎng)絡(luò)組件）以及Glance組件（鏡像服務(wù)組件）7大組件組成。本文將主要介紹7大組件中的Nova組件、Swift組件Keystone組件以及Glance組件。

2.1 Nova組件

Nova組件作為云計算的核心組件，將會為云計算部署的虛擬機實例提供一個框架?；诖丝蚣?，用戶可以通過可編程的API在自己的云計算系統(tǒng)中構(gòu)建、銷毀以及管理自身的虛擬服務(wù)器。因此，Nova組件也常常被用作云計算平臺的控制器，用戶可以通過Nova組件提供的工具部署云計算系統(tǒng)，進而達成包括創(chuàng)建和運行虛擬化實例、網(wǎng)絡(luò)管理、控制用戶和其他項目等云計算控制管理效果。此外，為能有效保障云計算平臺的安全性，用戶還可以通過Nova組件將虛擬化實例構(gòu)建在防火墻的保護后，并以此為基礎(chǔ)搭建私有云網(wǎng)絡(luò)平臺，促使私有云能夠與外界網(wǎng)絡(luò)達成有效隔離，增強私有云和虛擬化實例的安全性。

2.2 Keystone組件

在OpenStack平臺框架中，Keystone組件提供的API調(diào)用接口是身份認證API，進而以此為基礎(chǔ)達成用戶身份認證、用戶信息管理等功能。在實際應(yīng)用過程中，Keystone組件將發(fā)揮服務(wù)器縱向或者OpenStack平臺框架的注冊表效果，通過Keystone組件登錄和退出注冊服務(wù)[4]。此外，任何兩個服務(wù)器之間的信息交互效果都需經(jīng)過Keystone組件的身份驗證，只有完成身份驗證授權(quán)后，一臺服務(wù)器才能夠獲取另一條服務(wù)器中的數(shù)據(jù)信息或者調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)。

2.3 Swift組件

在OpenStack平臺框架中，Swift組件將會作為一個對象存儲的角色，結(jié)合其具有的大容量、可拓展性強、內(nèi)置冗余及容錯機制，在正常情況下可以同時為諸多應(yīng)用提供對象數(shù)據(jù)存儲、新應(yīng)用整合等服務(wù)。Swift組件通常被用于存儲靜態(tài)數(shù)據(jù)，而該些靜態(tài)數(shù)據(jù)通常被長期存儲。它存儲到Swift組件后，大多時候并不會對其進行遷移或者刪除，只會對其進行調(diào)整、更新以及檢索。Swift組件雖然不具備控制節(jié)點或者中心單元，但可以提供更靈活、更具有彈性的內(nèi)置冗余及容錯機制，所以也可以為Glance組件提供鏡像儲存或者為Cinder提供備份服務(wù)。

2.4 Glance組件

Glance組件的主要作用是向用戶提高虛擬映像查詢、注冊獲取等功能，并以此實現(xiàn)對云計算映像的管理效果，簡化用戶對映像管理的操作流程。另外，Glance組件會向用戶提供restful API，幫助用戶查詢鏡像的metadata。應(yīng)用過程中，Glance組件可以將多種虛擬映像存儲到不同的存儲設(shè)備上，然后對其進行統(tǒng)一集中化管理，有效提高映像的可操作性和容錯性。

3 基于OpenStack構(gòu)建私有云計算平臺的實現(xiàn)

3.1 私有云計算平臺的總體架構(gòu)

設(shè)計的私有云計算平臺的基礎(chǔ)公用計算操作系統(tǒng)選用Unbuntu Server。從現(xiàn)有的私有云計算平臺來看，大多數(shù)的私有云計算平臺都由控制、計算以及網(wǎng)絡(luò)3類節(jié)點組成。其中，控制節(jié)點的作用是監(jiān)控、協(xié)調(diào)及管理私有云計算平臺。基于控制節(jié)點，用戶可以對私有云計算平臺的各個組件進行有效的控制管理，并達成自身所需要的個性化服務(wù)。計算節(jié)點的主要作用是負責私有云計算平臺末端環(huán)節(jié)的計算運行工作。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點作為私有云計算平臺的中間環(huán)境，將負責私有云計算平臺中各種信息及數(shù)據(jù)的傳輸和配置工作。

3.2 私有云計算平臺的工作原理

因為設(shè)計的私有云計算平臺基于OpenStack平臺構(gòu)建，所以在實際設(shè)計和工作過程中，私有云計算平臺需要采用OpenStack平臺中的諸多組件支撐重要功能的實現(xiàn)。其中，Horizon組件將會在私有云計算平臺中發(fā)揮運行狀態(tài)的啟動和監(jiān)控效果；Nova組件則會發(fā)揮對具體計算任務(wù)的執(zhí)行和調(diào)度效果；Glance組件則會發(fā)揮對私有云計算平臺虛擬映像的存儲和檢索服務(wù)；Swift組件則主要發(fā)揮對私有云計算平臺數(shù)據(jù)信息的對象存儲服務(wù)；Keystone組件的主要作用是在私有云計算平臺運行過程中，實現(xiàn)用戶信息認證和準入管理效果。

3.3 私有云計算平臺的容錯系統(tǒng)

從私有云計算平臺的工作原理來看，私有云計算平臺的設(shè)計和運行效果均會與OpenStack平臺的諸多組件的實際功能效果息息相關(guān)。然而，在私有云計算平臺實際運行過程中，因為OpenStack組件的運行信息通常存儲在數(shù)據(jù)庫和日志中，所以基于OpenStack平臺的內(nèi)置冗余及容錯機制可以有效分析發(fā)掘出數(shù)據(jù)庫和日志中的出錯信息。但是，這種排除工作通常較為繁瑣復(fù)雜，且在實施手動修改過程中還會造成投入過高、信息丟失等情況，需要在私有云計算平臺中設(shè)計容錯系統(tǒng)。首先，需要在容錯系統(tǒng)中設(shè)置異常監(jiān)控層，專門提取私有云計算平臺運行過程中出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)據(jù)庫存儲的諸多信息情況，將異常數(shù)據(jù)劃分成已定義和未定義兩大類。其次，完成分類后，對已定義識別的異常信息，系統(tǒng)會將信息發(fā)送到異常處理模塊，然后通過異常處理模塊修正或者替代異常信息；對于未定義識別的異常信息，系統(tǒng)會將信息傳遞給人機交互界面，并通知管理人員進行手動修正。最后，在完成異常信息處理后，容錯系統(tǒng)將會再一次對私有云計算平臺的運行數(shù)據(jù)進行負荷審查，若是發(fā)現(xiàn)問題仍舊未能夠解決，將會直接通知管理人員進行手動修正。

4 結(jié) 論

基于OpenStack構(gòu)建的私有云計算平臺可以為中小型企業(yè)提供更加科學合理的彈性計算服務(wù)，從而滿足企業(yè)在不同領(lǐng)域?qū)Σ煌脩舻膶嶋H需求。本文提出了基于OpenStack構(gòu)建私有云計算平臺的整體架構(gòu)、工作原理以及容錯機制，后續(xù)將進一步完成私有云平臺的實際控制、計算、網(wǎng)絡(luò)等階段的具體部署的相關(guān)研究，以期為中小型企業(yè)構(gòu)建私有云計算平臺的構(gòu)建提供參考。