基于OpenStack的高职院校云数据中心研究与实现

第2期2021年1月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.2January，2021基于OpenStack的高职院校云数据中心研究与实现蔡 洁（南京城市职业学院，江苏 南京 211200）摘 要：文章提出设计一种基于OpenStack的高职院校云数据中心，分析建设该云数据中心的目标，立足建设OpenStack架构，包括校级统一标准数据共享体系建设内容和私有云数据中心建设，通过基础设施层、云平台层、管理层和应用层。有效提升了云数据中心的系统可用性，结合VPC技术能够实时隔离共享信息，增强了系统管理应用安全灵活性，也方便主机资源的进一步拓展和后期维护。关键词：OpenStack；高职院校；云数据中心0 引言信息化时代背景下，高职院校在日常运行中数据量每日递增，而传统数据中心在日常服务中，软硬件功能比较独立，无法实现数据信息的高效共享，很大程度上降低了资源利用率。数据中心规模的不断扩大，不断上升的运行成本，也成为影响校园数据化发展的主因[1]。为了满足高职院校的日常教学、科研、管理等各方面的需求，提出建设云数据中心。采用云计算平台中应用最广、支持最好的OpenStack，真正构建可弹性分配、资源共享、功能拓展的云数据中心[2]。1 基于云计算的高校数据中心建设目标在高职院校信息化发展进程中，面临海量数据、信息、资源，怎样切实提升高职院校的数据管理效率并减少建设成本投入，是高职院校信息化建设首要解决的关键问题之一。需要创新数据管理模式，并建设符合校级规范且完整高效[3]的数据中心。想要保证高职院校的高效信息数据管理，就需要对数据进行高效收集、存储、转换、共享、应用与维护。完善的数据中心也要保障数据采集人员、数据使用人员、数据中心开发人员、系统技术人员在日常服务中的共同参与。本研究设计高职院校云数据中心目标包括两方面：一是实现各部门高效收集、转换、共享数据，建立统一数据共享标准体系，深度融合各信息系统；二是为了控制数据中心硬软件与运维成本投入，降低不必要的资源浪费，提高系统的日常运行安全稳定性，后续功能可拓展性及高可用性[4]。2 OpenStack架构OpenStack包括核心服务和公共服务两类组件，分别为4个和3个，包括了应用于计算资源配置管理Nova计算服务、网络管理的Neutron网络服务组件、对多节点数据自动复制的Swift对象存储服务、用于创建计算实例Cinder存储服务组件、虚拟镜像服务管理Glance组件、平台身份认证Keystone服务组件、为用户提供显示图形界面Horizon仪表盘服务组件（见图1）。图1 OpenStack架构3 校级私有云数据中心在信息化背景下，高职院校也逐渐加大了信息建设力度，扩大数据中心的建设规模，在高职院校新时期信息建设背景下，如何能够实现数据中心的高效信息数据共享管理，是建立数据中心所要解决的关键问题[5]。引入云计算平台和虚拟化技术，不仅可以有效整合、统一调度、合理分配数据中心的各类资源，很大程度上提升资源利用效率，同时还能够增强数据中心的开放运维、整体服务水平。在建设校级私有云数据中心阶段，部署标准数据共享、迁移体系时，需要在遵守校级信息化建设共享前提标准下，建设云数据管理中心和云平台，形成校级数据标准共享体系。4 基于OpenStack云数据中心建设层4.1 基础设施层在建设云数据中心时，将基础设施层作为关键基础，能够提供云平台层所需的各类服务、存储、网络等物理设施资源，在不同机房分布了云数据中心运行所需的各类物理资源，将这些资源统一置入资源池内，完成集中化统一管理、调度，云数据中心运行经管理层与需求结合，实现执行数据[6]信息资源的动态化分配。在OpenStack云数据中心基础层中，物理、存储服务器可以提供计算和存储资源，在海量数基金项目：南京城市职业学院（南京市广播电视大学）科研课题；项目名称：基于OpenStack的云计算实训平台建设与应用；项目编号：KY201703。作者简介：蔡洁（1979-），女，江苏南京人，副教授，硕士；研究方向：计算机应用技术，云计算。- 123 -

第2期2021年1月无线互联科技·数字教育No.2January，2021据处理之后可以有效存储，并运用网络设备在各资源池充分连接数据中心。4.2 云平台层在云数据中心平台建设过程中，云平台层作为关键组成，可以为应用层提供所需云主机和存储，以及管理层所需的资源管理、用户权限服务。在云平台层中，虚拟化作为核心技术，动态化组合资源池及存储资源，形成不同功能配置的VM供应用层使用。云平台层运用主流开源云平台OpenStack搭建，包括了计算、网络、存储、认证等模块。计算模块（Nova）负责对计算机信息资源的调度管理，提供VM满足管理员的服务所需，实现对虚拟机所需计算资源的合理分配，还能够提供VM达到系统功能的灵活化裁剪拓展和虚拟机迁移功能。网络模块（Neutron）主要负责云平台的全部网络资源，能够以差异化网络部署类型，譬如Flat，vlan，vxlan等作为虚拟分配网络，还能够以数据中心区域化配置网络为依据，运用VPC技术做到不同信息区域间的数据信息互通、隔离[7]。存储模块（Cinder）负责存储资源调度，创建虚拟机需要在存储资源挂载虚机系统盘、数据盘，存储模块还可以提供各服务器存储驱动，结合不同的系统功能服务需求，选择差异化后端存储类型，真正保证数据安全可靠。认证模块（Keystone）对云数据中心用户的身份验证，对各用户产生云数据资源访问需求时，首先要进行身份和角色权限验证。无须调用外部服务器资源，即可经过该功能模块成功获得访问endpoint权限，验证用户之后可进一步使用。4.3 管理层云数据中心管理层可经过资源管理、权限管理有力确保云数据中心平台的运行安全可靠。由专业人员负责云数据中心的运维管理，要方便运维管理工作就要建设专门管理部门负责，并设立相应的具有最高云数据中心运维管理权限的工作人员。OpenStack云数据中心内所包含的所有信息数据资源，拥有最高管理权限的工作人员可以下放二级管理权限，二级管理权限即可对接相应的职能部门和各学院[8]。二级管理作为VPC，能够分配云主机及云存储，结合具体的业务上线需求，设计数据共享开放的具体范围，并设置相应的不同应用人员对应访问权限。在考虑资源管理过程中，需要对信息系统高峰阶段特性进行充分考虑，以教务处租户管理者来讲，可以满足该管理人员的需求，在选课高峰期为选课系统所在云主机拓展计算、存储资源，过了选课时段之后，将资源成功回收并运用于其他业务处理中[9]。4.4 应用层在基于OpenStack云数据中心建设中，最顶层的应用层主要负责提供云数据中心用户所需的基础数据信息服务，其中包含了数据信息资源的内部共享、对外开放，并建立科学统一的校级自助式网站服务数据共享标准体系[10]。对应用层提供的不同服务中，网站管理人员能够进行云主机及存储部署，在多台虚拟机中批量部署，真正备份容灾做到均衡负载，该平台的管理人员对用户个人身份进行接口认证，提供开放和交换两大平台，不同的用户有各自不同的身份权限，对应访问和交换的权利各不相同。通过建立标准数据共享体系，经系统管理人员向云主机、云存储进行迁移，方便内部各职能部门的数据共享交换，避免发生数据重复采集、多头管理、信息孤岛等有关问题。双方可以和公共数据库进行对接，将标准处理后的数据存放于公共数据库内，云平台直接上线新的应用系统，通过数据整合在云平台迁移旧应用系统，不同系统仍然可以隶属于原本职能部门中管理应用。5 结语总而言之，本文通过设计基于OpenStack的高职院校云数据中心平台，突破传统云数据中心的平台管理模式，做到数据一体化管理，有助于降低不必要的资源浪费，打破信息资源共享互通孤岛，实现数据的开放共享，对高职院校的日常运行状态进行密切监测，为学校未来运营发展提供高效的参考数据，真正促进学校更好地发展。本次设计云数据中心标准共享体系也方便后续云数据中心的资源扩张，降低海量数据的高效管理难度。[参考文献][1]楼飞燕.基于OpenStack的开源高校网络云计算平台的研究与实现[J].电子技术与软件工程，2019（3）：25-26.[2]WANG J Q，JIAN uction and application of Red5 cluster based on OpenStack[J].AIP Conference Proceedings，2017（1）：20165-20165.[3]王丽颖，刘丽娜，廖雯昕.基于OpenStack的校园云桌面设计与实现[J].物联网技术，2018（5）：68-69.[4]张榆.基于OpenStack和Ceph的开源私有云平台设计和实现[J].云南电力技术，2019（1）：118-121.[5]张君楠，张梁斌，王渊明，等.Openstack云平台架构和云主机运维模式的研究[J].浙江万里学院学报，2018（3）：52-57.[6]杜红军，李巍，赵永彬，等.Research on Cloud Computing Infrastructure Based on OpenStack System[J].吉林大学学报（信息科学版），2018（2）：213-217.[7]连鸿鹏.基于OpenStack的高可用云桌面设计与实现[J].数字通信世界，2018（2）：184-185.[8]姚琦敏.基于OpenStack的高校实验室共享云平台的研究[J].实验室科学，2019（1）：76-79.[9]张乾坤，李果，张福铮.基于OpenStack云平台的计算资源动态调度[J].电子设计工程，2020（5）：181-184.[10]徐启后.OpenStack云平台中的网络数据性能研究与优化[J].电子设计工程，2018（9）：64-68.（编辑 何 琳）- 124 -

第2期2021年1月无线互联科技·数字教育No.2January，2021 Research and implementation of higher vocational college

cloud data center based on OpenStackCai Jie

（Nanjing City Vocational College，Nanjing 211200，China）Abstract：This paper proposes to design a cloud data center based on OpenStack, analyzes the goal of building the cloud data center,

based on the goal to build OpenStack architecture, including the content of building a unified standard data sharing system at school

level, and private cloud data center construction, through infrastructure layer, cloud platform layer, management layer and application

layer. It is found that the system availability of the cloud data center is improved effectively, and the VPC technology can isolate the

shared information in real time, enhance the security and flexibility of the system management application, and also facilitate the further

expansion and maintenance of the host words：openstack; higher vocational colleges; cloud data center（上接第118页）[参考文献][1]史维琴.焊接工艺评定[M].北京：机械工业出版社，2017.[2]李江全.组态软件MCGS从入门到监控应用35例 [M].北京：电子工业出版社，2017.[3]张硕.TIA博途软件与S7-1200/1500 PLC应用详解[M].北京：电子工业出版社，2017.（编辑 王雪芬）Study on multifunctional intelligent submerged arc welding auxiliary

control system based on S7-1200PLCChen Fulan, He Guanhua, Yao Junhui, Jiao Jiangang, Du Hong（Jiangsu Shipping College, Nantong 226010, China）Submerged arc welding technology is widely used in shipbuilding, marine engineering and steel structure production

Abstract：enterprises, but at present, the degree of automation of welding process is generally not high, the labor intensity of production workers is

large, the working conditions are poor, and the production efficiency is low. An automatic submerged arc welding control system based

on Siemens 1200 PLC is studied to replace manual operation and improve working efficiency. Meanwhile, the model and work flow of

submerged arc welding machine are given, and the control system of submerged arc welding machine with S7-1500PLC as main station,

S7-1200PLC as slave station and touch screen as monitoring is ; touch screen; servo motor; stepper motor; frequency converterKey words：- 125 -