OpenStack云主機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

周晴倫

摘要：〖HT5”K〗針對OpenStack云平臺中云主機(jī)的運(yùn)行及安全狀況，分析開源OpenStack云平臺對于云主機(jī)監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)，提出OpenStack云平臺的云主機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架，實(shí)現(xiàn)一套云主機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)既有助于完善OpenStack云管理平臺，又為云平臺運(yùn)維人員提供更好的云主機(jī)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，為云用戶提供更好的云主機(jī)服務(wù)。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；OpenStack；云主機(jī)；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：16727800（2017）004007303

0引言 云計(jì)算（Cloud Computing）是分布式計(jì)算（Distributed Computing）、并行計(jì)算（Parallel Computing）、效用計(jì)算（Utility Computing）、虛擬化（Virtualization）、負(fù)載均衡（Load Balance）、網(wǎng)絡(luò)存儲（Network Storage Technologies）等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)等發(fā)展融合的產(chǎn)物[13]。自2006年谷歌提出云計(jì)算概念以來，云計(jì)算在全世界掀起了一股研究熱潮，涌現(xiàn)了多個開源云計(jì)算平臺，這些云計(jì)算平臺方便了科研人員的研究，對推動云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展起到了重要作用。在這些開源云計(jì)算平臺中，應(yīng)用比較廣泛的有Eucalyptus、OpenStack、Oracle VM、Abi Cloud、Open Nabula、Open QRM、Xen Server、ConVirt以及CloudStack等[4]。 OpenStack是由Rackspace和美國國家航空航天局合作發(fā)起的一個開源項(xiàng)目，為公有云和私有云的搭建以及管理提供一種解決方案。云平臺主要由Nova、Swift、Glance、Keystone和Horizon共5個部分組成[57]：①Nova即計(jì)算服務(wù)，提供運(yùn)行在主機(jī)操作系統(tǒng)上潛在的虛擬化機(jī)制交互的驅(qū)動，并提供基于Web的API功能；②Swift即存儲服務(wù)，提供可擴(kuò)展的對象存儲系統(tǒng)，可以用來創(chuàng)建基于云的彈性存儲；③Glance即鏡像服務(wù)，提供虛擬機(jī)鏡像的存儲、查詢和檢索系統(tǒng)；④即Keystone：認(rèn)證服務(wù)，提供認(rèn)證和管理用戶、賬號和角色信息服務(wù)，并為OpenStack對象存儲提供授權(quán)服務(wù)；⑤Horizon即UI服務(wù)，提供用戶Web管理控制臺，可以通過Web界面訪問的方式來操作管理網(wǎng)絡(luò)和虛擬機(jī)實(shí)例等。 OpenStack云平臺的低控制性、強(qiáng)兼容性和高擴(kuò)展性使其深受企業(yè)青睞。OpenStack開源性使其不受某個廠商的限制，任何人都可以進(jìn)行開發(fā)、使用[910]。同時OpenStack具有強(qiáng)大的社區(qū)支持，用戶可以很容易地獲得開發(fā)和使用相關(guān)參考資料。但是，OpenStack發(fā)展時間較短，系統(tǒng)還不夠完善，尤其是與之相關(guān)的監(jiān)控功能。OpenStack是通過其Horizon組件來完成運(yùn)行信息的查看等操作，而目前Horizon組件中僅僅可以查看一些簡單的云主機(jī)運(yùn)行概況，比如啟動、暫停還是關(guān)閉，并無法獲取云主機(jī)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。云平臺的運(yùn)維人員和云用戶無法通過其監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)得知云主機(jī)的詳細(xì)運(yùn)行狀態(tài)。因此，必須設(shè)計(jì)一套完善的監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對OpenStack云主機(jī)的實(shí)時監(jiān)控，然后根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，采取相應(yīng)的措施處理云主機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)可以最大程度地提升運(yùn)維人員的工作效率，同時簡化他們的工作[10]。 Libvirt是一套用來對底層各種形式的虛擬機(jī)（云主機(jī)）進(jìn)行管理的編程接口，本身構(gòu)建于一種抽象的概念之上。它為受支持的虛擬機(jī)監(jiān)控程序?qū)崿F(xiàn)的常用功能提供通用的API。它屏蔽了底層虛擬化層的不同，這樣用戶可以直接通過調(diào)用就可以實(shí)現(xiàn)對多種虛擬機(jī)的管理和控制，并且可以通過Libvirt接口獲得各種形式的虛擬機(jī)的運(yùn)行狀況。Libvirt的基本架構(gòu)如圖1所示。 從Libvirt基本框架可以看出，Libvirt為各種虛擬機(jī)管理器提供了一套統(tǒng)一的調(diào)用接口。Libvirt的主要功能有以下幾種：①虛擬機(jī)（云主機(jī)）管理：對虛擬機(jī)的生命周期進(jìn)行管理，包括對虛擬機(jī)的啟動、停止、保存、恢復(fù)和遷〖HJ〗移等；②存儲管理：管理不同類型的存儲，主要對虛擬機(jī)鏡像的管理，如創(chuàng)建不同格式的鏡像文件；③網(wǎng)絡(luò)管理：管理物理和邏輯的網(wǎng)絡(luò)接口，如管理和創(chuàng)建虛擬網(wǎng)絡(luò)；④遠(yuǎn)程機(jī)器支持：控制遠(yuǎn)程機(jī)器（物理節(jié)點(diǎn)）上的虛擬機(jī)（見圖2），當(dāng)管理應(yīng)用程序和域位于不同的物理節(jié)點(diǎn)時，該管理程序可以在遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行Libvirtd守護(hù)進(jìn)程來實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程機(jī)器的控制。Libvirtd守護(hù)進(jìn)程會隨著Libvirt的安裝自行啟動，而且可以自動識別本地虛擬監(jiān)控程序，并為其安裝驅(qū)動程序。該管理應(yīng)用程序通過一種通用協(xié)議從本地Libvirt連接到遠(yuǎn)程Libvirtd。

本文所設(shè)計(jì)的云主機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。①監(jiān)控系統(tǒng)的用戶分為云平臺運(yùn)維人員和云主機(jī)的用戶，可以通過身份認(rèn)證后，登錄至監(jiān)控系統(tǒng)中，可以根據(jù)各自的身份權(quán)限，看到不同的監(jiān)控和展示界面；②監(jiān)控系統(tǒng)用戶（包括云平臺運(yùn)維人員和云主機(jī)用戶）可以通過監(jiān)控管理端設(shè)置云主機(jī)監(jiān)控的指標(biāo)參數(shù)，監(jiān)控管理端通過調(diào)用監(jiān)控子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，并寫入DB系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）中；③監(jiān)控系統(tǒng)用戶可以直接通過查詢DB系統(tǒng)來查看當(dāng)前各云主機(jī)的監(jiān)控指標(biāo)參數(shù)；④實(shí)時展示端通過訪問DB系統(tǒng)，獲取云主機(jī)的各種參數(shù)，直觀展示給監(jiān)控系統(tǒng)的用戶。

3云主機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于上述業(yè)務(wù)需求分析，本文的系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)如圖4所示。

（1）用戶管理模塊。主要實(shí)現(xiàn)用戶權(quán)限分配，用戶類型主要分為兩大類：云平臺運(yùn)維人員和云用戶，各類型的用戶分別擁有不同級別的權(quán)限。 （2）數(shù)據(jù)庫模塊。用數(shù)據(jù)庫存儲相關(guān)數(shù)據(jù)表，比如用戶身份識別數(shù)據(jù)、云主機(jī)類型參數(shù)、云主機(jī)的設(shè)置參數(shù)、云主機(jī)自動控制的參數(shù)閾值等。 （3）云主機(jī)采集器。主要是利用Libvirt接口完成云主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息的采集工作，比如云主機(jī)CPU占用情況、內(nèi)存占用情況、網(wǎng)絡(luò)流量使用情況以及系統(tǒng)磁盤占用情況等。 （4）監(jiān)控功能模塊。這部分包括了云主機(jī)的監(jiān)視展示、云主機(jī)的監(jiān)控參數(shù)設(shè)置、自動控制云主機(jī)模塊、監(jiān)控告警模塊。監(jiān)視展示是在頁面上直觀展現(xiàn)當(dāng)前云主機(jī)的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)指標(biāo)。監(jiān)控參數(shù)設(shè)置是指各云主機(jī)所需監(jiān)控參數(shù)的設(shè)置。自動控制模塊是監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)各云主機(jī)的控制閾值、當(dāng)前云平臺的資源狀況以及云主機(jī)的重要性等級來決定重啟、關(guān)閉云主機(jī)等操作。 在OpenStack平臺上，對云主機(jī)的數(shù)據(jù)采集主要包括CPU狀態(tài)、內(nèi)存狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)狀況、磁盤狀況，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可以獲得一些更多的性能參數(shù)。對云主機(jī)周期性采集的數(shù)據(jù)描述如表1所示。

4結(jié)語 本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠監(jiān)測到云主機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，而且能夠根據(jù)云主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)突發(fā)異常狀況或者其它有關(guān)云平臺用戶的需求等一系列狀況，對云主機(jī)甚至整個云平臺作出智能操作，提高系統(tǒng)的自律性。該系統(tǒng)在OpenStack云平臺的實(shí)際運(yùn)維過程中效果良好。

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