曾瑋+饒堅

摘要：針對手動部署OpenStack云計算環(huán)境過程復雜，部署時間較長，以及OpenStack環(huán)境物理節(jié)點需求較多等問題，提出了基于Mirantis Fuel及VirtualBox實現(xiàn)快速部署OpenStack環(huán)境的方法。首先介紹了VirtualBox虛擬機及虛擬網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)建方法，然后闡述了Fuel自動化部署工具的安裝步驟，最后，使用Fuel部署工具實現(xiàn)了OpenStack云計算環(huán)境的搭建。通過實際驗證，本文提出的OpenStack云計算自動化構(gòu)建方法快速、高效，具有一定的實用價值。

關(guān)鍵詞：Mirantis Fuel；VirtualBox；Openstack；云計算

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0069-07

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，云計算作為一種全新的資源管理模式，已經(jīng)逐漸得到了普及。云計算（Cloud Computing）[1-2]是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。近年來，多種云計算的實現(xiàn)方案也已經(jīng)逐漸成熟[3]。如VMware、Amazon AWS、Microsoft Azure、OpenStack、Eucalyptus等。其中，OpenStack云計算方案作為一種開源、可靠、穩(wěn)定的云計算解決方案，已經(jīng)逐漸被崛起并被較為廣泛的采用[4-5]。此外，部分高校也實現(xiàn)了OpenStack云計算平臺的部署及運用[6-10]。

雖然，國內(nèi)對于OpenStack的研究已經(jīng)較為深入，但是，OpenStack的部署方法依然有待優(yōu)化。由于OpenStack本身設(shè)計較為復雜，其部署過程通常較為困難。另一方面，手動安裝OpenStack效率較低，不能適用于大量服務(wù)器的虛擬化工作。OpenStack的基礎(chǔ)測試環(huán)境需要至少4個計算機節(jié)點[11]。對于需要部署OpenStack測試環(huán)境的部分研究者而言，若在物理機上進行部署，則耗時耗力。

為了能夠解決OpenStack手動部署效率低的問題，本文提出了一種基于Mirantis Fuel及VirtualBox的OpenStack快速部署方案。通過該方案部署OpenStack環(huán)境方法較為簡答、效率較高。該方案較好地解決了目前高校研究者手動部署OpenStack環(huán)境時，部署效率低、環(huán)境安裝困難的問題。

1 OpenStack環(huán)境快速搭建

1.1 VirtualBox的安裝及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境配置

VirtualBox最初是由德國Innotek公司開發(fā)，由Sun Microsystems公司出品的軟件。VirtualBox是一款非常先進的虛擬機軟件， 它實現(xiàn)了在原有物理操作系統(tǒng)上，虛擬出若干子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)分別擁有各自的資源。VirtualBox的各個虛擬機可以同時運行在宿主操作系統(tǒng)上，VirtualBox負則模擬相關(guān)的硬件資源[12]。

在進行OpenStack的安裝之前，我們首先需要配置VirtualBox的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。需配置三個不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)，分別為Net1（10.20.0.0/24）、Net2（172.16.0.0/24）和Net3（172.16.1.0/24），如圖1所示。其中，Net1將作為虛擬機的管理網(wǎng)絡(luò)，Net2作為虛擬機的公共訪問網(wǎng)絡(luò)，Net3作OpenStack節(jié)點的內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)。具體安裝步驟如下：

（1）下載并安裝VirtualBox軟件。

（2）打開VirtualBox虛擬機，選擇File→Preference→Network，選擇Host-only Networks。選擇新建Host-Only網(wǎng)絡(luò)（命名為VirtualBox Host-Only Ethernet Adapter #2）。選擇“編輯網(wǎng)絡(luò)”，設(shè)置IPv4 Address為10.20.0.1，設(shè)置Network Mask為255.255.255.0。

（3）依據(jù)步驟（2），分別創(chuàng)建VirtualBox Host-Only Ethernet Adapter #3、#4，并分別設(shè)置IPv4地址為172.16.0.254和172.16.1.1，子網(wǎng)掩碼設(shè)置為255.255.255.0。在創(chuàng)建三個Host-Only網(wǎng)絡(luò)后，宿主計算機對應(yīng)出現(xiàn)三個對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)適配器。

1.2 虛擬機的創(chuàng)建及配置

1.2.1 創(chuàng)建虛擬機

（1）創(chuàng)建Fuel Master虛擬機節(jié)點。

Fuel管理節(jié)點將作為其他OpenStack的底層管理節(jié)點。它能夠?qū)崿F(xiàn)OpenStack的自動部署。

打開Virtual Box虛擬機，創(chuàng)建Fuel Master虛擬機節(jié)點。設(shè)置該虛擬機類型為Linux、版本為Red Hat（64bit），設(shè)置內(nèi)存為4GB并創(chuàng)建VDI磁盤。

（2）創(chuàng)建Controller控制節(jié)點。

在Virtual Box中，創(chuàng)建控制節(jié)點的虛擬機，并命名為OpenStack Controller。這里，設(shè)置此虛擬機的類型為Linux，版本為Ubuntu（64 bit），內(nèi)存為4GB，分配50GB磁盤空間。

（3）創(chuàng)建Compute虛擬機計算節(jié)點。

創(chuàng)建三個相同配置的虛擬機作為計算節(jié)點，并依次命名為：OpenStack Compute 0、1、2。其類型設(shè)置為Linux，版本為Ubuntu（64 bit），虛擬機內(nèi)存為2GB，磁盤大小為50GB。

在創(chuàng)建完成之后，我們需要為計算節(jié)點分配更多的CPU資源。選中要編輯的計算節(jié)點虛擬機，單擊Setting按鈕。在彈出的Setting對話框中，選擇System選項，選擇Processor標簽頁。為計算節(jié)點分配2個CPU的計算資源。endprint

創(chuàng)建完畢后，分別啟動Fuel Master、Controller及Compute節(jié)點，如圖2所示。

1.2.2 虛擬機的網(wǎng)絡(luò)配置

在完成虛擬機的創(chuàng)建后，我們需分別對其進行網(wǎng)絡(luò)配置：

選中Fuel Master虛擬機，點擊Setting按鈕，選擇網(wǎng)絡(luò)選項。在Adapter 1中，勾選“Enable Network Adapter”。設(shè)置“Attached to”為“Host-Only Adapter”。點擊Name的下拉菜單，選擇“VirtualBox Host-Only Ethernet Adapter #2”。此外，我們需要將“Promiscuous Mode”，即混雜模式設(shè)置為“Allow All”。最后，勾選“Cable Connected”。

按照上一步驟，設(shè)置Adapter 2。設(shè)置名稱為VirtualBox Host-Only Ethernet Adapter #3。打開Adapter 3，勾選“Enable Network Adapter”，并設(shè)置“Attached to”為“NAT”。

此處，啟用了Fuel Master的三塊網(wǎng)卡。其中，第一塊網(wǎng)卡設(shè)置為Nat 1，第二塊網(wǎng)卡則分配到Nat 2，而第三塊網(wǎng)卡則使用VirtualBox自帶的NAT網(wǎng)絡(luò)功能，實現(xiàn)NAT上網(wǎng)（如圖3所示）。

2 基于Fuel實現(xiàn)OpenStack快速安裝

2.1 安裝Fuel Master控制節(jié)點

2.1.1 Fuel的基本安裝

Mirantis開發(fā)的Fuel是OpenStack自動化部署的有利工具。Fuel最大的作用在于解決了OpenStack安裝繁瑣，入門門檻較高的問題。這里，我們采用的是Mirantis Fuel 8.0版本。圖4給出了本次部署環(huán)境的整體架構(gòu)。

（1）安裝Fuel UI。訪問Mirantis的官方網(wǎng)站（https：//www.mirantis.com），下載Mirantis Fuel 8.0的ISO鏡像文件。

打開VirtualBox，選中Fuel Master虛擬機，打開設(shè)置頁面并選擇Storage選項。選中“Controller：IDE”，添加下載的Mirantis Fuel 8.0 ISO鏡像。

啟動Fuel Master虛擬機，進入引導頁面。當進入“Welcome to Fuel Installer”提示頁面后，選中第一項，即“Fuel Install（Static IP）”，回車確定，進入安裝。這里，安裝過程可能需要5-10分鐘。當安裝界面提示“是否進入Fuel設(shè)置頁面”時，鍵入回車，進入Fuel設(shè)置頁面（如圖5所示）。

選定“Network Setup”，可以看到當前Fuel自動設(shè)置了第一塊網(wǎng)卡（eth0）的IP地址為10.20.0.2。默認情況下，我們不需要進行任何設(shè)置的更改，直接選擇“Quit Setup”，然后選擇不保存退出即可。完成了基本的設(shè)置后，F(xiàn)uel會繼續(xù)完成剩余的安裝部分，這部分的安裝可能需要10-20分鐘。

在完成安裝后，F(xiàn)uel會進入“Welcome to the Fuel server”的歡迎界面。

（2）配置網(wǎng)卡信息。進入/etc/sysconfig/network-scripts目錄，使用vi編輯ifcfg-eth1文件，將其內(nèi)容修改為如下代碼：

NAME=eth1

DEVICE=eth1

TYPE=Ethernet

BOOTPROTO=static

ONBOOT=yes

IPADDRESS=172.16.0.1

NETMASK=255.255.255.0

使用vi編輯ifcfg-eth2文件，將其內(nèi)容替換為如下代碼：

NAME=eth2

DEVICE=eth2

TYPE=Ethernet

BOOTPROTO=dhcp

ONBOOT=yes

執(zhí)行systemctl restart network.service重啟網(wǎng)絡(luò)。

2.1.2 配置Fuel Master節(jié)點

由于Fuel進行了相關(guān)安全策略的限制，默認情況下我們只能夠訪問其SSH端口（22端口）。因此，要訪問Fuel UI的管理界面，我們需要借助Xshell工具。

下載并安裝Xshell（http：//www.netsarang.com/products/xsh_overview.html）。

選擇文件→新建，彈出“新建回話屬性對話框”。在主機輸入框中填入10.20.0.2，即Fuel Master虛擬機的IP地址（如圖6所示）。

在左側(cè)的類別欄中，選擇“用戶身份驗證”，然后依次填入用戶名和密碼。在上一小節(jié)中，F(xiàn)uel安裝成功后的歡迎界面中顯示了SSH登錄賬戶和密碼信息（用戶名root，密碼r00tme）。

在選擇列別欄中，選擇“隧道”，單擊“添加”按鈕。偵聽端口和目標端口均填寫8443，目標主機則應(yīng)為10.20.0.2，保存。

在完成Xshell的配置后，打開會話窗口，選擇10.20.0.2進行連接。在連接成功后，訪問https：//localhost：8443即可打開Fuel UI。使用admin（密碼admin）即可登錄。自此，我們即完成了Fuel的配置和安裝（如圖7所示）。

2.2 安裝Controller節(jié)點和Compute節(jié)點

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)配置

在前面的Fuel Master的安裝過程中，我們?yōu)槠湓黾恿薔et1和Net2兩個網(wǎng)絡(luò)，以及NAT網(wǎng)絡(luò)。這里，我們同樣的方式為OpenStack Controller和Compute節(jié)點配置Net1和Net2網(wǎng)絡(luò)，此外，還需要為其配置Net3網(wǎng)絡(luò)，以作為OpenStack的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。endprint

選擇OpenStack Controller節(jié)點，打開其網(wǎng)絡(luò)設(shè)置界面。將Adapter 1、2、3均設(shè)置為Host-only網(wǎng)絡(luò)，并分別將其配置為VirtualBox Host-Only Ethernet Adapter #2、#3和#4。

按上一步驟，分別設(shè)置OpenStack Compute 0、1、2的Net1、Net2和Net3網(wǎng)絡(luò)。

依次啟動Controller、Compute 0、Compute 1和Compute 2虛擬機。至此，Controller及Compute虛擬機網(wǎng)絡(luò)便配置成功。

2.2.2 安裝Controller和Compute節(jié)點

（1）安裝OpenStack環(huán)境。在Fuel中，OpenStack是以子環(huán)境的形式存在的。在部署Controller及Compute節(jié)點前，需要創(chuàng)建OpenStack環(huán)境。

首先，訪問并登陸https：//localhost：8443，在首頁中選擇“新建OpenStack環(huán)境”，并命名為“demo”。

勾選虛擬化技術(shù)為“QEMU-KVM”。這里，由于我們是在VirtualBox虛擬機上構(gòu)建OpenStack，因此必須勾選“QEMU-KVM”。設(shè)置Neutron網(wǎng)絡(luò)為“Neutron with VLAN segmentation”。

在存儲后端設(shè)置頁面，設(shè)置Block Storage、Object Storage、Image Storage和Ephemeral Storage的存儲為Ceph。最后，選擇“新建”按鈕創(chuàng)建OpenStack環(huán)境。

（2）安裝Controller節(jié)點及Compute節(jié)點。打開新建的OpenStack環(huán)境，點擊節(jié)點標簽，選擇增加節(jié)點。此時，我們可以看到在節(jié)點列表中出現(xiàn)了四個未命名的節(jié)點，如：Untitled（02：99）。這里，可以點擊Untitled名稱進行修改。這里，括號中的部分則表示節(jié)點實際對應(yīng)的VirtualBox虛擬機的MAC地址的最后四位。

在節(jié)點列表中，找到內(nèi)存為4GB的節(jié)點，該節(jié)點即為即將部署為Controller節(jié)點的虛擬機。選中該節(jié)點。

在分配角色區(qū)域，勾選Controller，設(shè)置其為OpenStack Controller節(jié)點。選擇應(yīng)用變更，保存設(shè)置。

依次選中剩余的三個虛擬機節(jié)點，并在分配角色區(qū)域，選擇Compute及Storage - Ceph OSD。點擊應(yīng)用變更，保存設(shè)置。

點擊Dashboard標簽頁，執(zhí)行“部署”操作。此時，在節(jié)點頁面可以看到Fuel正在為Controller及Compute虛擬機節(jié)點安裝Ubuntu操作系統(tǒng)。在完成Ubuntu操作系統(tǒng)后，F(xiàn)uel會繼續(xù)分別為Controller及Compute節(jié)點安裝OpenStack相關(guān)服務(wù)。當安裝完成后，F(xiàn)uel將提示四個節(jié)點的狀態(tài)均為已就緒（如圖8所示）。

訪問http：//172.16.0.3/horizon/auth/login/，打開OpenStack的管理界面。使用admin（密碼admin）進入OpenStack。此時，我們即完成了Fuel自動安裝部署OpenStack（如圖9所示）。

上傳Windows Server等操作系統(tǒng)ISO鏡像文件上傳到OpenStack平臺，并進行安裝。在安裝完畢后，可以通過遠程桌面連接及VNC連接運行于OpenStack中的操作系統(tǒng)（如圖10、圖11所示）。

這里，OpenStack的Glace負責管理操作系統(tǒng)鏡像文件。OpenStack可以基于已有鏡像進行快速部署。我們可以根據(jù)實際需求，使用ISO鏡像工具制作個性化的ISO文件并上傳至OpenStack平臺。對不同應(yīng)用場景安裝不同的操作系統(tǒng)。至此，OpenStack云平臺即部署完成。

3 Fuel OpenStack自動安裝及OpenStack手動安裝對比

表1從多個不同角度，對“OpenStack物理環(huán)境手動部署”和本文提出的“基于Fuel及VirtualBox的OpenStack自動化部署”進行了較為全面的對比。通過實踐發(fā)現(xiàn)，由于OpenStack本身較為復雜，其手動安裝過程通常較為繁瑣。初次安裝時，我們有可能花費若干天的時間才能實現(xiàn)OpenStack部署。而使用Fuel自動化安裝工具，我們可以構(gòu)建基于VirtualBox的虛擬環(huán)境來快速安裝OpenStack。通過實際測試，F(xiàn)uel自動化部署OpenStack比手動部署OpenStack更為快速便捷。此外，通過使用VirtualBox虛擬機，也很好地解決了部署OpenStack實驗環(huán)境需要較多物理機的問題。通過Fuel、VirtualBox及OpenStack的有機集合，我們能夠在較短的時間內(nèi)，以較少的物理資源，實現(xiàn)OpenStack云計算環(huán)境的快速部署。

4 結(jié)語

本文闡述了基于Fuel及VirtualBox實現(xiàn)自動化部署OpenStack云計算環(huán)境的基本方法，旨在幫助研究者快速進入OpenStack云計算環(huán)境?；赩irtualBox虛擬機的部署方案，能夠較好地解決硬件條件不足的問題。而基于Fuel自動安裝OpenStack則較好地解決了OpenStack手動部署較為復雜的問題。通過實踐表明，本文提出的自動化部署方案，切實可行，具有一定的研究價值。

參考文獻

[1]羅軍舟，金嘉暉，宋愛波，等.云計算：體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)[J].通信學報，2011，32（7）：3-21.

[2]黃晨暉，林泳琴.基于云計算的虛擬計算機實驗室的研究與實現(xiàn)[J].實驗室研究與探索， 2010，29（11）：178-181.

[3]李立耀，趙少卡，王燁，等.Dandelion：OpenStack云平臺的快速部署機制[J].計算機應(yīng)用， 2015，35（11）：3070-3074.

[4]武佳寧.基于OpenStack的云平臺虛擬集群部署設(shè)計[J].微型電腦應(yīng)用，2016，32（6）：15-17.

[5]趙少卡，李立耀，凌曉，等.基于OpenStack的清華云平臺構(gòu)建與調(diào)度方案設(shè)計[J].計算機應(yīng)用， 2013，33（12）：3335-3338.

[6]李磊，李小寧，金連文.基于Openstack的科研教學云計算平臺的構(gòu)建與運用[J].實驗技術(shù)與管理， 2014，31（6）：127-133.

[7]李磊，李達港，金連文，等.基于OpenStackSwift構(gòu)建高可用私有云存儲平臺[J].實驗技術(shù)與管理， 2015，32（5）：141-144.

[8]鄭楠，陳立南，鄭禮雄，等.基于CloudStack和OpenStack的KVM虛擬機跨平臺遷移方法[J].通信學報， 2014，35（Z1）：72-75.

[9]陳天，陳楠，黃志蘭，等.基于OpenStack的異構(gòu)混合云解決方案[J].電信科學，2015，31（7）：132-138.

[10]邵珠興，陳彩.基OpenStac的云存儲系統(tǒng)的大文件存儲方案[J].計算機工程與設(shè)計， 2015，36（2）：396-400.

[11]陳陶，顧雙雙，柳鈕滔，等.基OpenStack Juno版的私有云平臺部署及實踐[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 2015，5（6）：64-67.

[12]隨飛揚，王杰鋒，馬維駿，等.便攜網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境的構(gòu)建與應(yīng)用[J].實驗科學與技術(shù)，2014，12（2）：12-15.endprint