基于Mirantis Fuel及VitrualBox快速搭建OpenStack云計(jì)算環(huán)境

曾瑋+饒堅(jiān)

摘要：針對(duì)手動(dòng)部署OpenStack云計(jì)算環(huán)境過(guò)程復(fù)雜，部署時(shí)間較長(zhǎng)，以及OpenStack環(huán)境物理節(jié)點(diǎn)需求較多等問(wèn)題，提出了基于Mirantis Fuel及VirtualBox實(shí)現(xiàn)快速部署OpenStack環(huán)境的方法。首先介紹了VirtualBox虛擬機(jī)及虛擬網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)建方法，然后闡述了Fuel自動(dòng)化部署工具的安裝步驟，最后，使用Fuel部署工具實(shí)現(xiàn)了OpenStack云計(jì)算環(huán)境的搭建。通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，本文提出的OpenStack云計(jì)算自動(dòng)化構(gòu)建方法快速、高效，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）07-0069-07

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，云計(jì)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(jì)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(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。近年來(lái)，多種云計(jì)算的實(shí)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(jì)算方案作為一種開(kāi)源、可靠、穩(wěn)定的云計(jì)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(shí)現(xiàn)了OpenStack云計(jì)算平臺(tái)的部署及運(yùn)用[6-10]。

雖然，國(guó)內(nèi)對(duì)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(jì)較為復(fù)雜，其部署過(guò)程通常較為困難。另一方面，手動(dòng)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(cè)試環(huán)境需要至少4個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)[11]。對(duì)于需要部署OpenStack測(cè)試環(huán)境的部分研究者而言，若在物理機(jī)上進(jìn)行部署，則耗時(shí)耗力。

為了能夠解決OpenStack手動(dòng)部署效率低的問(wèn)題，本文提出了一種基于Mirantis Fuel及VirtualBox的OpenStack快速部署方案。通過(guò)該方案部署OpenStack環(huán)境方法較為簡(jiǎn)答、效率較高。該方案較好地解決了目前高校研究者手動(dòng)部署OpenStack環(huán)境時(shí)，部署效率低、環(huán)境安裝困難的問(wèn)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(guó)Innotek公司開(kāi)發(fā)，由Sun Microsystems公司出品的軟件。VirtualBox是一款非常先進(jìn)的虛擬機(jī)軟件， 它實(shí)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(gè)虛擬機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行在宿主操作系統(tǒng)上，VirtualBox負(fù)則模擬相關(guān)的硬件資源[12]。

在進(jìn)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(gè)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(jī)的管理網(wǎng)絡(luò)，Net2作為虛擬機(jī)的公共訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，Net3作OpenStack節(jié)點(diǎn)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(kāi)VirtualBox虛擬機(jī)，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(gè)Host-Only網(wǎng)絡(luò)后，宿主計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)出現(xiàn)三個(gè)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)適配器。

1.2 虛擬機(jī)的創(chuàng)建及配置

1.2.1 創(chuàng)建虛擬機(jī)

（1）創(chuàng)建Fuel Master虛擬機(jī)節(jié)點(diǎn)。

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

打開(kāi)Virtual Box虛擬機(jī)，創(chuàng)建Fuel Master虛擬機(jī)節(jié)點(diǎn)。設(shè)置該虛擬機(jī)類(lèi)型為L(zhǎng)inux、版本為Red Hat（64bit），設(shè)置內(nèi)存為4GB并創(chuàng)建VDI磁盤(pán)。

（2）創(chuàng)建Controller控制節(jié)點(diǎn)。

在Virtual Box中，創(chuàng)建控制節(jié)點(diǎn)的虛擬機(jī)，并命名為OpenStack Controller。這里，設(shè)置此虛擬機(jī)的類(lèi)型為L(zhǎng)inux，版本為Ubuntu（64 bit），內(nèi)存為4GB，分配50GB磁盤(pán)空間。

（3）創(chuàng)建Compute虛擬機(jī)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。

創(chuàng)建三個(gè)相同配置的虛擬機(jī)作為計(jì)算節(jié)點(diǎn)，并依次命名為：OpenStack Compute 0、1、2。其類(lèi)型設(shè)置為L(zhǎng)inux，版本為Ubuntu（64 bit），虛擬機(jī)內(nèi)存為2GB，磁盤(pán)大小為50GB。

在創(chuàng)建完成之后，我們需要為計(jì)算節(jié)點(diǎn)分配更多的CPU資源。選中要編輯的計(jì)算節(jié)點(diǎn)虛擬機(jī)，單擊Setting按鈕。在彈出的Setting對(duì)話(huà)框中，選擇System選項(xiàng)，選擇Processor標(biāo)簽頁(yè)。為計(jì)算節(jié)點(diǎn)分配2個(gè)CPU的計(jì)算資源。endprint

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

1.2.2 虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)配置

在完成虛擬機(jī)的創(chuàng)建后，我們需分別對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置：

選中Fuel Master虛擬機(jī)，點(diǎn)擊Setting按鈕，選擇網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)。在Adapter 1中，勾選“Enable Network Adapter”。設(shè)置“Attached to”為“Host-Only Adapter”。點(diǎn)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(chēng)為VirtualBox Host-Only Ethernet Adapter #3。打開(kāi)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(shí)現(xiàn)NAT上網(wǎng)（如圖3所示）。

2 基于Fuel實(shí)現(xiàn)OpenStack快速安裝

2.1 安裝Fuel Master控制節(jié)點(diǎn)

2.1.1 Fuel的基本安裝

Mirantis開(kāi)發(fā)的Fuel是OpenStack自動(dòng)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(mén)門(mén)檻較高的問(wèn)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(wèn)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(kāi)VirtualBox，選中Fuel Master虛擬機(jī)，打開(kāi)設(shè)置頁(yè)面并選擇Storage選項(xiàng)。選中“Controller：IDE”，添加下載的Mirantis Fuel 8.0 ISO鏡像。

啟動(dòng)Fuel Master虛擬機(jī)，進(jìn)入引導(dǎo)頁(yè)面。當(dāng)進(jìn)入“Welcome to Fuel Installer”提示頁(yè)面后，選中第一項(xiàng)，即“Fuel Install（Static IP）”，回車(chē)確定，進(jìn)入安裝。這里，安裝過(guò)程可能需要5-10分鐘。當(dāng)安裝界面提示“是否進(jìn)入Fuel設(shè)置頁(yè)面”時(shí)，鍵入回車(chē)，進(jìn)入Fuel設(shè)置頁(yè)面（如圖5所示）。

選定“Network Setup”，可以看到當(dāng)前Fuel自動(dòng)設(shè)置了第一塊網(wǎng)卡（eth0）的IP地址為10.20.0.2。默認(rèn)情況下，我們不需要進(jìn)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(huì)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(huì)進(jìn)入“Welcome to the Fuel server”的歡迎界面。

（2）配置網(wǎng)卡信息。進(jìn)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(diǎn)

由于Fuel進(jìn)行了相關(guān)安全策略的限制，默認(rèn)情況下我們只能夠訪問(wèn)其SSH端口（22端口）。因此，要訪問(wèn)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(huà)屬性對(duì)話(huà)框”。在主機(jī)輸入框中填入10.20.0.2，即Fuel Master虛擬機(jī)的IP地址（如圖6所示）。

在左側(cè)的類(lèi)別欄中，選擇“用戶(hù)身份驗(yàn)證”，然后依次填入用戶(hù)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(hù)和密碼信息（用戶(hù)名root，密碼r00tme）。

在選擇列別欄中，選擇“隧道”，單擊“添加”按鈕。偵聽(tīng)端口和目標(biāo)端口均填寫(xiě)8443，目標(biāo)主機(jī)則應(yīng)為10.20.0.2，保存。

在完成Xshell的配置后，打開(kāi)會(huì)話(huà)窗口，選擇10.20.0.2進(jìn)行連接。在連接成功后，訪問(wèn)https：//localhost：8443即可打開(kāi)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(diǎn)和Compute節(jié)點(diǎn)

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)配置

在前面的Fuel Master的安裝過(guò)程中，我們?yōu)槠湓黾恿薔et1和Net2兩個(gè)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(diǎn)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(diǎn)，打開(kāi)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(dòng)Controller、Compute 0、Compute 1和Compute 2虛擬機(jī)。至此，Controller及Compute虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)便配置成功。

2.2.2 安裝Controller和Compute節(jié)點(diǎn)

（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(diǎn)前，需要?jiǎng)?chuàng)建OpenStack環(huán)境。

首先，訪問(wèn)并登陸https：//localhost：8443，在首頁(yè)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(jī)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(chǔ)后端設(shè)置頁(yè)面，設(shè)置Block Storage、Object Storage、Image Storage和Ephemeral Storage的存儲(chǔ)為Ceph。最后，選擇“新建”按鈕創(chuàng)建OpenStack環(huán)境。

（2）安裝Controller節(jié)點(diǎn)及Compute節(jié)點(diǎn)。打開(kāi)新建的OpenStack環(huán)境，點(diǎn)擊節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽，選擇增加節(jié)點(diǎn)。此時(shí)，我們可以看到在節(jié)點(diǎn)列表中出現(xiàn)了四個(gè)未命名的節(jié)點(diǎn)，如：Untitled（02：99）。這里，可以點(diǎn)擊Untitled名稱(chēng)進(jìn)行修改。這里，括號(hào)中的部分則表示節(jié)點(diǎn)實(shí)際對(duì)應(yīng)的VirtualBox虛擬機(jī)的MAC地址的最后四位。

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

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

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

點(diǎn)擊Dashboard標(biāo)簽頁(yè)，執(zhí)行“部署”操作。此時(shí)，在節(jié)點(diǎn)頁(yè)面可以看到Fuel正在為Controller及Compute虛擬機(jī)節(jié)點(diǎn)安裝Ubuntu操作系統(tǒng)。在完成Ubuntu操作系統(tǒng)后，F(xiàn)uel會(huì)繼續(xù)分別為Controller及Compute節(jié)點(diǎn)安裝OpenStack相關(guān)服務(wù)。當(dāng)安裝完成后，F(xiàn)uel將提示四個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)均為已就緒（如圖8所示）。

訪問(wèn)http：//172.16.0.3/horizon/auth/login/，打開(kāi)OpenStack的管理界面。使用admin（密碼admin）進(jìn)入OpenStack。此時(shí)，我們即完成了Fuel自動(dòng)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(tái)，并進(jìn)行安裝。在安裝完畢后，可以通過(guò)遠(yuǎn)程桌面連接及VNC連接運(yùn)行于OpenStack中的操作系統(tǒng)（如圖10、圖11所示）。

這里，OpenStack的Glace負(fù)責(zé)管理操作系統(tǒng)鏡像文件。OpenStack可以基于已有鏡像進(jìn)行快速部署。我們可以根據(jù)實(shí)際需求，使用ISO鏡像工具制作個(gè)性化的ISO文件并上傳至OpenStack平臺(tái)。對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景安裝不同的操作系統(tǒng)。至此，OpenStack云平臺(tái)即部署完成。

3 Fuel OpenStack自動(dòng)安裝及OpenStack手動(dòng)安裝對(duì)比

表1從多個(gè)不同角度，對(duì)“OpenStack物理環(huán)境手動(dòng)部署”和本文提出的“基于Fuel及VirtualBox的OpenStack自動(dòng)化部署”進(jìn)行了較為全面的對(duì)比。通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，由于OpenStack本身較為復(fù)雜，其手動(dòng)安裝過(guò)程通常較為繁瑣。初次安裝時(shí)，我們有可能花費(fèi)若干天的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)OpenStack部署。而使用Fuel自動(dòng)化安裝工具，我們可以構(gòu)建基于VirtualBox的虛擬環(huán)境來(lái)快速安裝OpenStack。通過(guò)實(shí)際測(cè)試，F(xiàn)uel自動(dòng)化部署OpenStack比手動(dòng)部署OpenStack更為快速便捷。此外，通過(guò)使用VirtualBox虛擬機(jī)，也很好地解決了部署OpenStack實(shí)驗(yàn)環(huán)境需要較多物理機(jī)的問(wèn)題。通過(guò)Fuel、VirtualBox及OpenStack的有機(jī)集合，我們能夠在較短的時(shí)間內(nèi)，以較少的物理資源，實(shí)現(xiàn)OpenStack云計(jì)算環(huán)境的快速部署。

4 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了基于Fuel及VirtualBox實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化部署OpenStack云計(jì)算環(huán)境的基本方法，旨在幫助研究者快速進(jìn)入OpenStack云計(jì)算環(huán)境。基于VirtualBox虛擬機(jī)的部署方案，能夠較好地解決硬件條件不足的問(wèn)題。而基于Fuel自動(dòng)安裝OpenStack則較好地解決了OpenStack手動(dòng)部署較為復(fù)雜的問(wèn)題。通過(guò)實(shí)踐表明，本文提出的自動(dòng)化部署方案，切實(shí)可行，具有一定的研究?jī)r(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]羅軍舟，金嘉暉，宋愛(ài)波，等.云計(jì)算：體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)[J].通信學(xué)報(bào)，2011，32（7）：3-21.

[2]黃晨暉，林泳琴.基于云計(jì)算的虛擬計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的研究與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)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(tái)的快速部署機(jī)制[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用， 2015，35（11）：3070-3074.

[4]武佳寧.基于OpenStack的云平臺(tái)虛擬集群部署設(shè)計(jì)[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(tái)構(gòu)建與調(diào)度方案設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)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(xué)云計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)建與運(yùn)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2014，31（6）：127-133.

[7]李磊，李達(dá)港，金連文，等.基于OpenStackSwift構(gòu)建高可用私有云存儲(chǔ)平臺(tái)[J].實(shí)驗(yàn)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(jī)跨平臺(tái)遷移方法[J].通信學(xué)報(bào)， 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(xué)，2015，31（7）：132-138.

[10]邵珠興，陳彩.基OpenStac的云存儲(chǔ)系統(tǒng)的大文件存儲(chǔ)方案[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)， 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(tái)部署及實(shí)踐[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 2015，5（6）：64-67.

[12]隨飛揚(yáng)，王杰鋒，馬維駿，等.便攜網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的構(gòu)建與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2014，12（2）：12-15.endprint