基于云計(jì)算的應(yīng)用型本科校企合作實(shí)訓(xùn)平臺(tái)研究

宋海燕 常潤(rùn)梅 藺彧

[摘 要] 不斷成熟的云計(jì)算技術(shù)促進(jìn)教育云快速發(fā)展，各高職院校積極開(kāi)展云計(jì)算在教學(xué)領(lǐng)域的研究及實(shí)踐。本文主要研究云計(jì)算在應(yīng)用型本科校企合作實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用，簡(jiǎn)單介紹了OpenStack框架，詳細(xì)論述了云平臺(tái)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建及實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)部署。

[關(guān)鍵詞] 云計(jì)算;實(shí)訓(xùn)云平臺(tái);云平臺(tái)構(gòu)建;OpenStack

[基金項(xiàng)目] 內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)校科學(xué)研究項(xiàng)目“基于云計(jì)算的應(yīng)用型本科校企合作實(shí)訓(xùn)平臺(tái)研究”（NJZC17479）

[作者簡(jiǎn)介] 宋海燕（1980—），女，天津人，碩士研究生，副教授，研究方向?yàn)檐浖こ?、云?jì)算、大數(shù)據(jù);常潤(rùn)梅（1979—），女，內(nèi)蒙古呼和? ? ? 浩特人，碩士研究生，副教授，研究方向?yàn)樵朴?jì)算技術(shù)與應(yīng)用。

[中圖分類號(hào)] G642.423? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）26-0055-02? ? [收稿日期] 2019-12-27

云計(jì)算概念在2006年由Google首席執(zhí)行官埃里克·施密特正式提出，它是一種新興的計(jì)算模型，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將眾多物理計(jì)算設(shè)備整合成一個(gè)大型計(jì)算資源池，通過(guò)調(diào)度資源池分配資源，為用戶提供IaaS、PaaS、SaaS服務(wù)[1]。目前，云計(jì)算在我國(guó)已經(jīng)滲入到各個(gè)領(lǐng)域，“云計(jì)算+教育”研究和應(yīng)用不斷深入。

2014年我院成功申報(bào)軟件工程應(yīng)用型本科專業(yè)。依據(jù)國(guó)家校企融合育人的理念，學(xué)院注重校企合作，將企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目引入教學(xué)，工程師和教師協(xié)作完成教學(xué)任務(wù)。以此為契機(jī)，本文將云計(jì)算技術(shù)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，以云平臺(tái)為依托，將實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)部署其上，供管理員、教師、工程師、學(xué)生在端口登錄使用，方便靈活地開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。

一、OpenStack框架

OpenStack是由NASA和Rackspace合作研發(fā)并發(fā)起的，以Apache許可證授權(quán)的自由軟件和開(kāi)放源代碼項(xiàng)目。其整體設(shè)計(jì)采用開(kāi)放式架構(gòu)，由各個(gè)獨(dú)立模塊組合起來(lái)完成相應(yīng)的工作，并通過(guò)各服務(wù)間的互補(bǔ)提供IaaS解決方案。為實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的各項(xiàng)功能，Openstack將計(jì)算、存儲(chǔ)、監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等劃分為若干項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)Openstack中的一個(gè)或多個(gè)組件。本文主要運(yùn)用Keystone、Glance、Nova、Neutron、Horizon、Cinder六個(gè)組件構(gòu)建IaaS云平臺(tái)。

二、實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)設(shè)計(jì)與構(gòu)建

（一）設(shè)計(jì)方案

實(shí)驗(yàn)需要一臺(tái)服務(wù)器，使用VMware Workstation 15 Pro虛擬化出三臺(tái)虛擬機(jī)，分別作為控制節(jié)點(diǎn)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)和塊存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。以O(shè)penStack作為底層框架，以云存儲(chǔ)技術(shù)和虛擬化技術(shù)作為技術(shù)支撐構(gòu)建實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)[2]。

控制節(jié)點(diǎn)是云平臺(tái)的核心，承擔(dān)任務(wù)調(diào)度、管理監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的作用。用戶通過(guò)在控制節(jié)點(diǎn)部署的各類服務(wù)和管理界面對(duì)云平臺(tái)執(zhí)行各種命令。計(jì)算節(jié)點(diǎn)是云平臺(tái)具體計(jì)算工作的執(zhí)行者，包括給客戶提供各種虛擬機(jī)、存儲(chǔ)空間等。塊存儲(chǔ)為虛擬機(jī)提供可持久運(yùn)行的塊存儲(chǔ)服務(wù)，相當(dāng)于硬盤。各節(jié)點(diǎn)部署的服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)接口如圖1所示。

（二）構(gòu)建過(guò)程

本文采用OpenStack官網(wǎng)提供的手冊(cè)進(jìn)行安裝，按照組件不同依次進(jìn)行配置。構(gòu)建步驟如下：1.設(shè)置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，搭建和配置網(wǎng)絡(luò)。2.在控制節(jié)點(diǎn)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)和塊存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上部署服務(wù)組件，具體構(gòu)建過(guò)程如下：

（1）Keystone認(rèn)證服務(wù)組件部署。Keystone用于給OpenStack各組件提供認(rèn)證和授權(quán)服務(wù)。構(gòu)建云平臺(tái)需先在控制節(jié)點(diǎn)部署此服務(wù)。以root身份登錄數(shù)據(jù)庫(kù)，創(chuàng)建keystone數(shù)據(jù)庫(kù)并授權(quán);編輯并修改keystone.conf，同步數(shù)據(jù)庫(kù)，初始化Fernet key庫(kù);配置apache服務(wù)，創(chuàng)建與keystone.conf的連接，啟動(dòng)http服務(wù)。

（2）Glance鏡像服務(wù)組件部署。Glance提供虛擬機(jī)鏡像管理服務(wù)，安裝在控制節(jié)點(diǎn)。創(chuàng)建glance庫(kù)并授予訪問(wèn)權(quán)限，獲取admin環(huán)境變量，創(chuàng)建glance用戶;把此用戶和admin添加到項(xiàng)目中并且創(chuàng)建鏡像服務(wù)API端點(diǎn);安裝glance，編輯glance-registry.conf;同步鏡像服務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，啟動(dòng)鏡像服務(wù)并設(shè)為開(kāi)機(jī)自啟。

（3）Nova計(jì)算服務(wù)組件部署。Nova提供云計(jì)算系統(tǒng)管理服務(wù)，是云平臺(tái)的核心組件。需在控制節(jié)點(diǎn)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)分別安裝。首先，在控制節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)，授權(quán)登錄，加載憑據(jù)，創(chuàng)建計(jì)算服務(wù)憑證;創(chuàng)建nova用戶并添加admin角色;創(chuàng)建nova服務(wù)端點(diǎn)，computeAPI服務(wù)端點(diǎn)，placemen用戶;安裝nova，編輯配置文件，重新啟動(dòng)httpd服務(wù)，同步計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)。其次，在計(jì)算節(jié)點(diǎn)安裝Nova服務(wù)，修改nova.conf配置vnc、glance、oslo_concurrenc、placement，完成配置啟動(dòng)服務(wù)。

（4）Neutron網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組件部署。Neutron提供云平臺(tái)容納不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和軟件的服務(wù)。需在控制節(jié)點(diǎn)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)交替完成安裝。在控制節(jié)點(diǎn)先創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)憑證和API端點(diǎn);在文件metadata中配置元數(shù)據(jù)代理controller;切換到計(jì)算節(jié)點(diǎn)文件nova.conf中配置好neutron參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù);網(wǎng)絡(luò)服務(wù)初始化腳本需要一個(gè)超鏈接plugin.ini指向ML2插件配置文件ml2_conf.ini。在計(jì)算節(jié)點(diǎn)安裝包后，編輯neutron.conf文件中DEFAULT等參數(shù)。編輯nova.conf文件中的neutron實(shí)現(xiàn)計(jì)算節(jié)點(diǎn)配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。啟動(dòng)服務(wù)，完成Neutron安裝[3]。

（5）Horizon控制臺(tái)服務(wù)組件部署。Horizon提供一個(gè)基于WEB圖形界面管理平臺(tái)，安裝在控制節(jié)點(diǎn)。執(zhí)行命令配置memcache會(huì)話存儲(chǔ)服務(wù);開(kāi)啟身份驗(yàn)證，啟用域的支持并配置API版本，完成安裝啟動(dòng)服務(wù)。

（6）Cinder塊存儲(chǔ)服務(wù)組件部署。Cinder提供相應(yīng)的塊存儲(chǔ)，相當(dāng)于一塊硬盤。需在控制節(jié)點(diǎn)和塊存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)分別安裝。在塊存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)安裝該服務(wù)，修改配置文件cinder.conf。在控制節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建cinder數(shù)據(jù)庫(kù)，加載admin憑據(jù)，創(chuàng)建一個(gè)cinder用戶并將創(chuàng)建的用戶添加到項(xiàng)目當(dāng)中。

三、部署校企合作實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

上述服務(wù)組件部署完成后，對(duì)各項(xiàng)服務(wù)進(jìn)行啟動(dòng)測(cè)試。各個(gè)服務(wù)正常運(yùn)行后，創(chuàng)建實(shí)例，配置ssh連接X(jué)shell且可以訪問(wèn)外網(wǎng)，證明該云主機(jī)可用，也說(shuō)明成功構(gòu)建了云平臺(tái)。云平臺(tái)構(gòu)建成功后，在其上部署校企合作實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。在計(jì)算節(jié)點(diǎn)上，安裝mysql數(shù)據(jù)庫(kù)、Java環(huán)境、tomcat服務(wù)器，將數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入到控制節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)，重啟各項(xiàng)服務(wù)，至此實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)環(huán)境搭建完成。接下來(lái)在計(jì)算節(jié)點(diǎn)下登錄到數(shù)據(jù)庫(kù)，執(zhí)行sql命令導(dǎo)入實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表，實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)可正常使用。

四、結(jié)束語(yǔ)

使用云平臺(tái)開(kāi)展教學(xué)是教育領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，可以集約資源，降低教學(xué)資源更新成本。本課題構(gòu)建的校企合作實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)基本上實(shí)現(xiàn)了課題目標(biāo)，后續(xù)隨著實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的增加，可以拓展到由多臺(tái)服務(wù)器構(gòu)建云平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

[1]戴元順.云計(jì)算技術(shù)簡(jiǎn)述[J].信息通信技術(shù)，2010（2）.

[2]關(guān)輝，姒茂新.基于OpenStack的高校教學(xué)云平臺(tái)設(shè)計(jì)與搭建[J].軟件導(dǎo)刊，2016（10）：80-83.

[3]王海霞.基于openstack的高職教學(xué)實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)研究與搭建[J].教育現(xiàn)代化雜志，2018（3）：94-95.

Research on the Practical Training Platform of Application-oriented Undergraduate School-Enterprise Cooperation Based on Cloud Computing

SONG Hai-yan，CHANG Run-mei，LIN Yu

（Inner Mongolia Electronic Information Vocational Technical College， Hohhot，Inner Mongolia 010020，China）

Abstract：Growing cloud computing technology promotes the rapid development of education cloud.Many vocational colleges actively carry out the research and practice of cloud computing in the teaching field.This paper mainly studies the application of cloud computing in the practical training of application-oriented school-enterprise cooperation.It introduces the framework of OpenStack and discusses in detail the design，construction and training system deployment of cloud platform.

Key words：cloud computing;practical training cloud platform;cloud platform construction;OpenStack