马宁140607020118毕业设计

分类号： 学校代码： 密 级： 学 号：

2017届毕业论文

基于openstack的高校教研云平台研究与实

践

姓 名：马宁 学 号：140607020118 指导教师：王灿伟 学 院： 信息工程学院 专 业：计算机网络技术

完成日期： 2017年3月29日

毕业论文（设计）诚信声明书

本人声明：本人 马宁（学号：140607020118）所提交的毕业论文《基于openstack的高校教研云平台研究与实践》是本人在指导教师王灿伟老师指导下研究、写作的成果，论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说明；有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。

论文作者（签字）：马宁 时间：2017年3 月29日 指导教师已阅（签字）： 时间： 年 月 日

毕业论文（设计）版权使用授权书

本毕业论文《基于openstack的高校教研云平台研究与实践》是本人马宁（学号：140607020118）在校期间所完成学业的一部分，是在指导教师王灿伟老师的指导下完成的。本人同意学校保留或相国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东管理学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。（保密论文在解密后应遵守此规定）

论文作者（签字）：马宁 时间：2017 年 3 月29 日 指导教师已阅（签字）： 时间： 年 月 日

目录

摘 要 .............................................................. 1 Abstract ............................................................ 1 引言 ................................................................ 2 第一章 高校云教学平台的设计 ........................................ 4

1.1高校云教学平台设计的基本内容 ................................. 4 1.2关键技术 ..................................................... 4

1.2.1 云存储技术 ............................................. 5 1.2.2 服务器虚拟化技术 ....................................... 5

第二章 高校云平台的搭建 ............................................. 6

2.1 OpenStack 云环境搭建 ........................................ 6 2.2 将教学存储服务的实现 ........................................ 8 2.3虚拟云机房实现 ............................................... 8 第三章 云实验室环境的管理 ........................................... 9

3.1 用户 ........................................................ 9

3.1.1 权限设置 ............................................... 9 3.1.2 用户管理 ............................................... 9

结 论 ............................................................. 10 致谢 ............................................................... 10 参考文献 ........................................................... 11

基于openstack的高校教研云平台研究与实践

摘 要

OpenStack是一个由NASA（美国国家航空航天局）和Rackspace合作研发并发起的，以Apache许可证授权的自由软件和开放源代码项目。

OpenStack是一个开源的云计算管理平台项目，由几个主要的组件组合起来完成具体工作。OpenStack支持几乎所有类型的云环境，项目目标是提供实施简单、可大规模扩展、丰富、标准统一的云计算管理平台。

OpenStack通过各种互补的服务提供了基础设施即服务（IaaS）的解决方案，每个服务提供API以进行集成。

OpenStack是一个旨在为公共及私有云的建设与管理提供软件的开源项目。它的社区拥有超过130家企业及1350位开发者，这些机构与个人都将OpenStack作为基础设施即服务（IaaS）资源的通用前端。

OpenStack项目的首要任务是简化云的部署过程并为其带来良好的可扩展性。

OpenStack包含社区维护的8个核心项目，还有许多孵化项目，其中Swift、Nova和Glance是最主要的3各项目。Swift提供对象存储服务，Nova是提供虚拟换计算服务，Glance提供虚拟机镜像管理服务。此外还包括Keystone身份认证服务、Neutron网络服务等项目作为辅助模块。上述三大主要项目既可以单独使用，也可以组合起来搭建一个通用的Laas云平台。

关键字：OpenStack开源云计算高校教学云的建设与管理

Abstract

Openstack is a free software and open source project licensed by NASA ( NASA ) and rackspace, licensed by the Apache license.

Openstack is an open source cloud computing management platform project, composed of several major components to complete specific work. Openstack supports almost all types of cloud, the project goal is to provide a cloud computing management platform for simple, scalable, rich, standards-based unified.

1

基于openstack的高校教研云平台研究与实践

Openstack provides infrastructure as a service ( iaas ) solution through a variety of complementary services, and each service provides an API for integration.

Openstack is an open source project designed to provide software for building and managing public and private cloud. Its community has more than 130 enterprises and 1,350 developers, both of which have openstack as the universal front end of resources as infrastructure as a service ( iaas ).

The primary task of the openstack project is to simplify the cloud the deployment process and bring good scalability.

Openstack contains eight core projects for community maintenance, and many hatching projects, including swift, nova, and glance are the main 3 projects. The swift provides object storage services, nova is a virtual failover service, and glance provides virtual machine mirroring management services. In addition, including the keystone authentication service, neutron network service and other projects as the auxiliary module. The three major projects can be used alone or combined to build a common laas cloud platform.

Keywords: openstackopen sourcecloud computingthe construction and

management of university library

引言

伴随着互联网技术的迅猛发展，物联网、云计算等新技术方兴未艾，各行各业都试图与云计算模式相结合，以充分利用云计算的优势来促进自身改革与发展。 我国高校教育信息化也在经历了网络化、数字化、集成化3个阶段后，正迎来以“智慧化”为典型特征的第4个阶段。如何将云计算技术和高校教学结合起来，实现“智慧化”教育，成为高校的一个热点话题。

随着云计算技术的迅速发展,其在教育领域的渗透逐渐深入.基于开源云计算框架OpenStack搭建教学云平台,实现教学存储和虚拟云机房两大服务,对高校教学资源的合理配置和教学方式的改善起到一定的促进作用。

当前 ，很多高校都在校园信息化建设上投入了大量的资金和精力 ，配

2

基于openstack的高校教研云平台研究与实践

置了很多高性能的计算、存储和通信设备 ，但这些资源未能充分整合利用 ，闲置率较高且共享能力低 ，导致了教学资源的严重浪费。 为了改善这种状况 ，可以利用开源云计算平台 OpenStack 作为底层框架 ，以云存储和虚拟化技术作为技术支撑 ，设计和搭建一个教学云平台 ，并通过拓展云应用 ，实现教育资源的统一管理、灵活调度与合理配置 ，还可以对教学方式起到一定的改善作用。

3

基于openstack的高校教研云平台研究与实践

第一章 高校云教学平台的设计

1.1高校云教学平台设计的基本内容

以 OpenStack作为底层框架，以云存储技术和虚拟化技术作为技术支撑搭建一个高校教学云平台。平台以教学服务为中心，结合校园的一些具体应用，充分考虑校园环境与需求，为高校师生提供两大服务：一是教学存储服务，为师生提供一个庞大的可扩展的存储引擎，师生获得授权后可自主对存储资源进行再分配，按课程存储相关课件或提交作业等，从而实现优质教学资源的普及与共享，降低重复建设数据库的成本；二是虚拟云机房服务，为师生提供按需分配的虚拟计算资源。教师可以根据自己的课程需要定制具有合适配置的虚拟机，学生在上机实验时只需按要求启动相应的虚拟机即可进行操作，并且可以很方便地在不同上机实验环境间进行切换，从而实现对资源的集中管理，有利于硬件资源的优化配置，降低系统维护成本。平台主要模块如图1所示。

图一 高校云平台系统架构

1.2关键技术

4

基于openstack的高校教研云平台研究与实践

1.2.1 云存储技术

云存储是实现教学存储服务模块的关键技术，底层由Swift实现。Swift是OPenStack中提供对象存储服务的主要羡慕，是一个可扩展的、冗余的分布式对象存储系统，容量可达PB级。它可以作为网络平台的后端，在线存储各种文档、图像、电子邮件、大数据等数据文件，也可以保存虚拟机镜像，非常适合存储大量、长期归档存储并且需要备份的对象文件。Swift提供了一套RESTAPI来保存和访问任意非结构化数据，用户可通过上层应用程序调用这些基于REST的接口从而实现对象的保存、获取、删除等操作。在教学云平台中使用SWift对象存储技术为师生提供庞大的可灵活的分配的存储资源是最好的选择。

1.2.2 服务器虚拟化技术

服务器虚拟化技术是指通过将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台物理服务器变为多台虚拟服务器，或者让多台物理服务器变为一台虚拟服务器的技术，人们使用时感觉不再受限于物理上的界限。OpenStack 中虚拟化技术主要由Nova、Glance、Neutron和Horizon（Dash-board）项目提供支持。NOVA负责为虚拟机提供计算资源，管理虚拟机的生命周期；Glance负责保存和访问各种虚拟机镜像文件、安装各种虚拟机；Neutron负责为虚拟机提供网络配置 ；Dashboard提供了一个基于Web的图形化界面来对虚拟资源进行各种操作。在高校教学云平台中，可利用服务器虚拟技术为不同专业、不同课程的上机实验以及教师的科研活动定制具有合适配置的虚拟机，实现资源的按需分配和集约管理。

5

基于openstack的高校教研云平台研究与实践

第二章 高校云平台的搭建

2.1 OpenStack 云环境搭建

具体的实验室环境部署过程：

1）根据实验室具体的环境进行网络拓扑的设计，以及进行网络的搭建与设置。由于考虑到学生可能在学生宿舍使用自己的个人电脑来使用个人的虚拟主机，需要考虑给虚拟主机分配校园网内部网络的 IP地址，这样学生就可以使用远程桌面登录系统使用实验虚拟主机。

2）使用服务器来搭建控制节点。Openstack可以采用多种方法来进行构建，本文使用的是 openstack 源码来进行安装搭建。使用的系统是 Ubuntu 14．04 (LTS)server版，openstack版本为 Icehouse，首先为了保持控制节点、计算节点、网络节点的时间一致性，在三个节点上都安装上网络时间协议 (NTP)，接着部署keystone，安装 mysql数据库，部署 Glance、Nova、Neu— tron、Horizon、Swift、Heat等服务。为了优化控制节点的负载，可以把 Swift服务出来做一个存储节点。

3)在计算节点上部署上 Nova、Ceilometer、Neutron服务，以后可以随时增加计算节点的数目，以增强的整个云实验室的计算能力。在网络节点上部署 Neu— tron的相关服务。

4)使用 openstack官方提供的镜像系统，来测试验证 openstack的各个组件是否正常工作。

5)由于目前国内的大部分实验室使用的环境都是 windows系统，但是 openstack并没有提供相应的系统镜像，这需要有管理员自己创建并上传到 glance服务中。

6)使用创建好的镜像创建虚拟机，然后挂载云硬盘。由于在网络部署时使用 DHCP服务，创建虚拟机实例会自动获取一个内部 IP地址 ，如果需要让学生在校园网中进行远程桌面登录，只需要给虚拟机虚拟机绑定一个校园网的浮动 IP地址即可。

7)分别在校园网中和实验室内部网络中进行登平台测试.

OpenStack 官方为用户提供了单机部署和多节点集群两种部署方案 ，在此选择将控制节点、计算节点分别配置在一台服务器上的双节点部署方案。

6

基于openstack的高校教研云平台研究与实践

另外 ，OpenStack 也提供了 ３ 种搭建方式 ：软件安装包安装、devstack 脚本安装和源代码安装。 其中源代码安装虽然比较复杂 ，但能够满足更多的专业需求。 因此采用源代码安装 ，按照组件不同依次进行配置和部署。 具体搭建过程如下：① 设计网络结构 ，搭建和配置网络，网络结构如图2所示；② 在控制节点和计算节点搭建 Iaas （基础设施即服务），各组件部署流程如图3所示；③创建虚拟机，在虚拟机中部署Paas（平台即服务），配置 DNS 域名服务、MongoDB数据库、ActiveMQ消息管理服务、MColltive Client端、Web Console等。

图二 教学云平台网络架构

图三 laas搭建组件部署流程

7

基于openstack的高校教研云平台研究与实践

2.2 将教学存储服务的实现

使用JavaEE开发一个教学云网盘应用，利用 Open-Stack中Swift组件提供的对象存储服务来存放教师的教案、课件等教学资料以及学生的作业、实验报告等文件，JavaEE 中调用Swift提供的REST API来实现对这些数据的上传、下载、删除、复制、移动、查找等操作，并且用户可以自主对存储空间进行再分配。开发完成后将该应用部署在先前搭建完成的云平台上。

2.3虚拟云机房实现

根据教师的教学、科研和实验需要使用kvm和vnc工具制作若干个不同操作系统和不同应用软件组合的qcow2格式的镜像文件，OpenStack 中的Glance组件提供对这些镜像的存储访问管理。利用这些制作好的镜像文件在教学云平台上创建多个虚拟机，根据教师和学生的需求开启一台或多台相应虚拟机的实例，使用时只需远程登录实例，即可完成与真实机上一样的操作，而且可以非常方便地在各种虚拟机间进行切换。还可以利用虚拟机快照功能让学生在下课前将自己操作后的虚拟机状态。

8

基于openstack的高校教研云平台研究与实践

第三章云实验室环境的管理

在没有使用 openstack搭建云实验室之前 ，如果实验室中的计算机出现了问题，需要管理员到实验室中检查机器。搭建云实验室后，实验室管理员只需通过 web界面即可进行对实验环境的管理 。最坏的情况就是把学生使用的实例进行删除，然后通过镜像再创建实例即可。

3.1 用户

3.1.1 权限设置

实验室管理员拥有整个是云实验室的管理权限，包括用户的创建与删除、镜像的上传与删除、虚拟网络拓扑的管理等方面。实验室管理员把教师与学生的用户创建好后，根据班级情况，分成若干个项目组，项目组的名字可用班级的名称进行设置，然后把用户进行划分。学生的权限设置为成员(member)，教师的权限设置为代理(ReselerAdmin)。

教师可以根据自己的教学计划，在创建好自己的云主机后，在操作系统中安装教学课程中需要用到的各种软件，在安装完成后，需要把系统创建一个快照，保存在镜像项目中，以方便学生使用快照生成云主机，保持了系统环境的一致性。教师在登录 web界面进行管理的时候，即可查看学生的云主机的创建情况。 3.1.2 用户管理

学生使用的实例的创建与管理学生在获取到用户账号之后，需要更改新密码，根据教师的教学要求进行实验室云主机的创建，给云主机绑定浮动 IP。只要是连接上校园网的终端，无论是学生的个人电脑，还是手机，何时何地都可以远程登录学生个人的云主机。在学生毕业后，云主机所占用的资源可以进行回收，再次分配跟其他学生。

9

基于openstack的高校教研云平台研究与实践

结 论

云计算在近几年得到了飞速的发展，应用也越来越广泛。对于学校实验室来说，搭建计算机云实验室可以有效降低实验室设备的更新成本与管理人员的工作量，同时也提高实验室设备、教学资源的利用率。本文通过搭建计算机云实验室，使计算机云实验室的功能更加完善，更加容易使用，满足教师和学生的各种需求。

致谢

历时许久终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困

10

基于openstack的高校教研云平台研究与实践

难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师王灿伟老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢！

感谢这篇论文所涉及到的各位学者的研究成果的帮助和启发，否则我将很难完成本篇论文的写作。

感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。

由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正。

参考文献

[1]田保华.新技术为教育插上“智慧”翅膀[C].郑州;第五届全球华人探究学习创新应用大会,2014.

[2]张小斌.OpenStack 企业云平台架构与实践[M].北京;电子工业出版社,2015.

[3]黎伟.基于Openstack的教学系统的设计与实现[D].武汉;华中科 [4]张子凡.OpenStack部署实践[M].北京;人民邮电出版社.2014.

[5]陈伯龙,程志鹏,张杰0云计算与OpenStack-虚拟-Nova篇[M].北京：电子工业出版祉,2013.

[6]唐宏.开源云OpenStack技术指南[M].北京;科学出版社.2014．

11

基于openstack的高校教研云平台研究与实践

12

基于openstack的高校教研云平台研究与实践

13