【摘要】：云計算的發(fā)展為各行各業(yè)提供了彈性的、高可用的云服務(wù),Docker容器技術(shù)的出現(xiàn)為云服務(wù)的發(fā)布和部署提供了更加靈活的方式,使云更加穩(wěn)定可靠。相較于傳統(tǒng)實驗室IT架構(gòu)設(shè)施,引入基于容器技術(shù)的云平臺能提供更高效的資源利用和更安全的數(shù)據(jù)管理。以云計算為理論基礎(chǔ),探索了Kubernetes容器管理技術(shù)、OpenStack云計算服務(wù)以及Ceph分布式存儲系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu),分析了在云上進行科教管理所面臨的業(yè)務(wù)需求和性能需求,并對主要功能模塊進行了用例分析,完成了系統(tǒng)的整體設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計,提出了一套能為科研教學(xué)提供穩(wěn)定服務(wù)的云平臺解決方案,底層架構(gòu)平臺利用Docker技術(shù)將OpenStack各服務(wù)組件封裝到容器鏡像中,快速部署并構(gòu)建了一套高可靠的云服務(wù),并將Ceph分布式存儲服務(wù)與OpenStack服務(wù)進行集成,作為OpenStack云平臺的存儲后端,為數(shù)據(jù)提供穩(wěn)定可靠的冗余備份和強一致性的數(shù)據(jù)安全,最后以Kubernetes容器集群為基礎(chǔ),對運行中的容器進行高效的監(jiān)控和彈性管理,為應(yīng)用層提供高可用的資源服務(wù)。應(yīng)用層基于Django框架,通過調(diào)用底層架構(gòu)平臺對外提供的服務(wù)接口,主要實現(xiàn)了用戶管理、虛擬資源管理以及團隊管理等三大功能模塊,最終實現(xiàn)了一個能為用戶彈性分配資源并且滿足科研和教學(xué)的容器化云平臺。基于容器技術(shù)的科教云平臺將云計算和容器相關(guān)技術(shù)融入實驗室科研和團隊合作的場景中,提供了大規(guī)模高可靠、彈性可擴展的計算能力以及數(shù)據(jù)安全存儲和管理能力。通過對系統(tǒng)核心功能的測試,平臺能夠?qū)ν馓峁┓�(wěn)定的服務(wù),符合預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。
【圖文】：

圖 2-1 OpenStack 核心組件架構(gòu)圖Nova 為 OpenStack 提供虛擬計算服務(wù)[24]，通過 libvirt 創(chuàng)建一個資源抽象層，借助 KVM 等技術(shù)將服務(wù)器的硬件資源進行虛擬化管理，對外提供虛擬機的啟動、掛起停止和重新引導(dǎo)等功能。Neutron 為 OpenStack 提供虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[25]，底層支持二層網(wǎng)絡(luò)以及三層網(wǎng)絡(luò)等多種插件，提供了管理局域網(wǎng)的能力。Swift 為 OpenStack 提供對象存儲服務(wù)[26]，對外提供一個分布式的對象存儲服務(wù)對虛擬機的鏡像和備份等數(shù)據(jù)進行對象存儲，內(nèi)部實現(xiàn)一致性哈希算法[27]，保證了整個集群內(nèi)數(shù)據(jù)的復(fù)制和完整性。Glance 為 OpenStack 提供鏡像管理服務(wù)，管理著虛擬機啟動時所需要的鏡像，調(diào)用相應(yīng)的存儲后端對虛擬機鏡像文件進行保存。Cinder 為 OpenStack 提供塊存儲服務(wù)，可以管理虛擬機所需要的存儲卷，比如提

圖 2-3 Kubernetes 集群架構(gòu)圖Node 是工作節(jié)點，其上運行著 Docker 引擎，負責(zé) pod 對應(yīng)容器的創(chuàng)建，，啟停等管理任務(wù)，定時同步信息到 Master，實現(xiàn)集群管理的基本功能，以及實現(xiàn)集群的通信與負載均衡。Pods 是 Kubernetes 中的最小部署單元，運行在 Node 節(jié)點上，一個 Pod 中包含一個或多個容器，是一組連接在一起的容器組合，里面的容器共享 Pod 的 IP 地址和數(shù)據(jù)卷。Pods 由 Kubernetes 統(tǒng)一創(chuàng)建、調(diào)度和管理，每個 Pod 都可以對其服務(wù)器上的計算資源進行額度限定。Replication controllers（RC）運行在 Master 節(jié)點上，用來管理 Pods 的生命周期，實現(xiàn)資源的伸縮，能夠確保 Pods 按照指定的數(shù)量一直運行。開發(fā)人員可以定義 RC以實現(xiàn) Pod 的創(chuàng)建與副本數(shù)量的自動控制，可以通過改變 RC 中 Pod 副本數(shù)量來實現(xiàn) Pod 的擴容和縮容，可以通過改變 RC 中 Pod 模板的鏡像版本來實現(xiàn) Pod 的滾動更新等[41]。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP393.09

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 徐苑苑;云計算環(huán)境下的開放課程應(yīng)用研究[D];華東師范大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

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2 于澤萍;面向微服務(wù)架構(gòu)的容器云平臺設(shè)計與實現(xiàn)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

3 李敬偉;基于OpenStack的網(wǎng)絡(luò)資源管理技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2018年

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5 肖品輝;基于OpenStack的實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D];華南理工大學(xué);2017年

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本文編號：2661562