信息与电脑2019年第20期China Computer & Communication软件开发与应用基于弹性服务的云平台的构建研究李红娟（石家庄学院 计算机科学与工程学院，河北 石家庄 050035）摘 要：在云计算的发展历程中，云计算平台的弹性服务机制做出了巨大的贡献。但目前的弹性云服务并不完善，以虚拟机为单位的资源动态调度和管理还存在一定程度的问题。笔者以OpenStack为例，对具有弹性服务的云计算平台的构建进行了研究。针对OpenStack Swift存储管理系统存在功能效率低、负载分发不均衡、基于MySQL后端认证性能低等问题，采用的Swift存储系统与HDFS、Ceph等相结合的存储系统管理方法、使用带反馈的负载均衡加权算法、添加LDAP后端认证的方法进行改进。经过验证，此方案可达到减少资源开销、提高资源利用率的效果。关键词：云计算；Openstack；弹性服务；云平台中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2019）20-059-03Research on the Construction of Cloud Platform Based on Flexible ServiceLi Hongjuanin cloud computing is far from perfection due to some issues in not only the dynamic resource scheduling and allocation but also the Abstract: (School of Computer Science and Engineering, Shijiazhuang University, Shijiazhuang Hebei 050035, China)The elasticity mechanism has significantly facilitated the evolution of the cloud computing. However the elasticity resource management in virtual machines. In this paper, a study on the construction of elastic cloud computing platform based on OpenStack is presented. Combined the OpenStack Swift storage management system with utilizing the HDFS, Ceph, load balancing weighting with feedback, as well as LDAP back-end authentication, the issues in the storage management system of OpenStack Swift, optimized. Based on proven practices, this solution can reduce resources utilization and improve efficiency of OpenStack Swift.such as the functional inefficiency, the unbalanced workload distribution, the poor back-end authentication based on MySQL, are Key words: cloud computing; openstack; elastic service; cloud platform０ 引言标准化、便捷性的特点。随着计算机的应用领域越来越广泛，网络资源呈井喷式1.2 OpenStack的特点爆发，云平台需要管理的资源更是以几何级增长，高效的资源管理和调度尤为重要。Openstack是一款常用的公有云、灵活性：OpenStack为开源软件，即代码公开，人们可以私有云建设和管理软件，可实现以虚拟机为单位的资源的弹根据自己的需要自由选取功能模块，进行二次开发，还可以兼性管理[1]。容第三方代码，形成新的软件，降低了开发难度、提高了开发效率。兼容性：OpenStack与私有云、公有云上的多种软件兼容，１ ＯｐｅｎＳｔａｃｋ概述实现特定条件下的无障碍信息平台迁移。标准性：多家公司共1.1 OpenStack简介同商议制定了OpenStack标准，应用广泛。便捷性：通过网页界面，OpenStack可以为用户提供简单快捷的服务。目前，有许多构建云计算平台的软件，Openstack是其中的佼佼者。Openstack可以提供公有云、私有云平台的建1.3 OpenStack结构设以及服务管理，能简化云部署的过程，并具有弹性服务特Openstack涵盖操作系统、网络、服务器、虚拟化等多点[2]。Openstack得以广泛应用，得益于其具有灵活性、兼容性、方面功能，主要有7个核心组件。基金项目：河北省科技计划项目项目“基于弹性服务的云平台的构建研究”（项目编号：15210337）。作者简介：李红娟(1971—)，女，河北石家庄人，本科，讲师。研究方向：云计算。— ５９ —软件开发与应用信息与电脑China Computer & Communication2019年第20期Nova（计算组件）：为Openstack提供计算服务，负责虚SQLAlchemy进行数据操作。然而，传统关系数据在认证模拟机调度。根据实际需求实时提供虚拟机服务，管理整个虚拟块与其他模块的交互性能存在问题，大量用户数据不能进行机周期，比如增加虚拟机数量或减少虚拟机数量，以及虚拟机高效存储和访问。例如，OpenStack如果在短时间内的持续的热迁移、调度等[3]。Openstack虚拟机调度策略分为过滤器操作会导致频繁调用keystone API访问keystone后端数据库。调度、随机调度两种，默认使用过滤器调度策略。Keystone（身MySQL访问速度会随着访问量的增加而急剧下降，造成数份认证）：提供用户身份识别、用户信息管理、服务规则制定据库资源利用率低、读取速度慢等问题。等服务。任意两个服务间必须通过身份认证，遵守服务规则，才能实现通信。Neutron（网络管理）：管理虚拟机的网络资３ Ｏｐｅｎｓｔａｃｋ云平台的改进源，提供网络连接服务，如分配IP地址、划分子网、负载均3.1 Swift存储系统的改进衡、DNS、防火墙等功能，允许用户创建虚拟网络并连接各种网络设备。Horizon（可视化操作界面）：基于API接口开因为Swift存储系统存在一些缺陷，所以选择HDFS（Hadoop发的Web管理门户，为各种服务提供界面，以简化操作步骤。分布式文件系统）和Swift存储结合使用，以提高云平台的数Glance（镜像管理）：镜像组件的功能为创建、上传、编辑、据处理效率。HDFS适用于处理大吞吐量的数据，主要应用在查询虚拟机镜像，以及建立镜像检索等，实现对镜像的全程大数据、批处理、流文件方面。HDFS以一定的延时为代价，管理。它能够创建多种类型的镜像文件。Cinder（块存储）：对延时有较高要求的文件管理不适用。它可以对大文件进行优提供数据块存储服务，实现块存储管理，拥有插件驱动架构。化处理，而在处理大量小文件时会消耗更多的内存，会影响数Swift（对象存储)：一个带可扩展功能的存储系统，可存储大据处理的性能。HDFS不支持多用户并发写入，不支持修改。量任意大小的文件数据，具有冗余及容错机制。3.2 采用Sahara方案整合Hadoop HDFS和OpenStack Swift２ ＯｐｅｎＳｔａｃｋ云平台存在的问题Hadoop采用Java编写，与Python编写的Swift并不兼容，所以Hadoop不能直接处理Swift上数据，而是先将数据导入中2.1 OpenStack Swift存储管理系统存在的问题间服务器，再从中间服务器导入至HDFS，再进行数据处理[5]。Swift是高可用分布式对象存储，存储模式没有目录结构，但这个过程消耗了大量的时间和额外的存储资源。所以需要一也没有中心单元和主控点，而是采用一致性散列技术，将对个接口实现Hadoop和Swift的连接，Sahara实现了这个功能。象随机均匀分布到虚拟节点上存储，通过Swift Ring实现存Sahara可以在OpentStack上快捷部署以及管理Apache 储对象与物理位置的映射，多用于存储静态数据[4]。存储模Hadoopd的项目，简化用户操作，加快OpenStack上的开发。式不支持嵌套和文件重写，对于文件的再写入，只能新建文Sahara主要由5个部分组成：Horizon、Nova、Keystone、件再写入数据。Swift的数据存储容量无限可扩展，但达到一Swift和Glance。Horizon为Sahara提供可视化管理界面，定值时会导致性能下降。Keystone提供身份认证和权限分配，Nova为Hadoop集群提2.2 OpenStack多个组件采用不同存储系统，管理困难度大供虚拟化配置功能，Swift为Hadoop作业需要提供预存储，Glance用来存储虚拟机镜像。Glance负责存储镜像数据，Cinder负责存储云硬盘数据，用户只需要提供Hadoop版本、集群拓扑等一些基本信Nova用于存储虚拟机数据。因此，OpenStack云平台需要维息，Sahara就可快速建立集群，还可以根据实际运行需求对护3个不同的后端存储服务，提供对象、块、文件的访问方式。集群进行弹性扩展。Hadoop HDFS和OpenStack Swift的结这将导致云平台的维护成本较高，组件之间的交互存在障碍、合充分发挥了各自的优点，规避了缺点，提高了存储的资源数据存储的可靠性不高等问题。利用率。Sahara、Hadoop、OpenStack结合如图1所示。2.3 OpenStack的基础负载分发算法不能实现任务均衡分发3.3 OpenStack与Ceph结合完善后端存储支持系统OpenStack可加载多种调度算法，如轮循算法、最少连Ceph是一个开源分布式存储系统，具有易管理、可扩展、接数算法、固定权重算法、加权响应算法等。通过研究发现，高可靠等优点，同时提供3种存储服务：块存储（Block）、这些算法在动态资源调度方面存在不足。在集群管理中，会对象存储和文件存储[6]。使用Ceph作为OpenStack后端存储，出现负载分发不均的情况，部分节点负载过轻，甚至空运行，具有如下优点。第一，Ceph的3种存储服务统一管理满足而有一些节点超负载运行，导致集群的整体性能下降，如I/了OpenStack存储类型管理的需求。第二，Ceph的块存储写O读写性能降低、响应时间过长、平台资源利用率低等。时复制（COW）特性，可以快速创建虚拟机，并发启动多个2.4 OpenStack基于MySQL后端认证性能问题OpenStack实例。第三，Ceph RBD支持thin provisioning，OpenStack中身份认证默认为MySQL的后端验证，即按需分配空间。Ceph可以0物理存储空间创建虚拟硬盘，在写入数据时，才按实际需要分配存储空间。OpenStack与用户的信息存储在SQL关系型数据库中，OpenStack通过Ceph结合如图2所示。— ６０ —信息与电脑2019年第20期China Computer & Communication软件开发与应用图１ Ｓａｈａｒａ Ｈａｄｏｏｐ Ｏｐｅｎｓｔａｃｋ整合结构图的，解决节点负载不均衡的问题，有效地提升节点性能和数据吞吐量。3.5 OpenStack基于MySQL后端认证的改进采用LDAP后端认证和MySQL后端认证相结合的验证方案改进原认证方案。LDAP轻量级目录访问协议，以树状结构存储数据，类似于文件目录，具有优良的读功能和查询功能。所以使用LDAP认证可以高效地对用户进行认证处理。采用LDAP更容易处理大量的客户端程序认证请求，优化安全性策略的制定和数据完整性。４ 结 语目前，云计算的应用领域非常广泛，满足用户应用快捷、方便、高效等多方面需求的互联网服务为云计算的发展方向。这也对云平台提出了更高的要求，弹性负载均衡机制、高效资源调度机制、弹性服务管理框架等方面的研究是提升云计算平台弹性服务性能的发展方向。本研究实现了对资源的有效管理、提高了资源利用率，满足复杂应用对于灵活性、可伸缩性等要求，进一步降低了运营成本，提高了经济效益。参考文献图２ Ｏｐｅｎｓｔａｃｋ与Ｃｅｐｈ整合结构图[1]姜勇,刘徳刚,淋.基于OpenStack的私有云计3.4 OpenStack Swift调度算法的改进算平台[J].电子技术与软件工程,2016(22):167.[2]王怿清.使用Openstack建设企业私有云[J].中国科对于OpenStack负载不均衡的情况，可通过改进加权最小技投资,2017(11):92.连接调度负载均衡算法解决，即增加资源利用率反馈机制，实[3]杨新艳,于伟涛.基于OpenStack的私有云搭建及存时调整负载分配。在虚拟机中，主要资源有CPU资源、内存储方式研究[J].电子技术与软件工程,2015,74(24):194.资源、网络资源、存储资源和I/O资源等。算法改进：每隔一[4]蔡新霞.基于云平台OpenStack的对象存储Swift的段时间，负载均衡器发出收集资源信息的请求，代理服务器研究[J].福建广播电视大学学报,2014(6):93-96.节点负责对当前节点主要资源利用率进行统计，收到请求后，[5]李金亮,翟永刚,汤向东.基于Hadoop+Openstack云给负载均衡器反馈统计信息。负载均衡器依据存储节点的信息存储的研究[J].计算机光盘软件与应用,2014(11):60-61.以及任务连接数，计算出节点的负载情况，对集群的节点负载[6]王建宇.OpenStack平台与Ceph统一存储的集成[J].能力进行评估；再进行任务分发调整，达到平衡节点负载的目中国管理信息化,2016,322(4):170.— ６１ —
