基于OpenVZ的中小型企業私有云定制服務的設計與實現

陳晨　周旭東

摘要：云計算是當前計算機信息科技領域十分熱門一項的技術。私有云憑借其整合管理企業IT資源的優越性能，迅速被大眾企業認可。為了降低中小型企業的運營成本，該文提出基于OpenVZ框架及其核心組件搭建私有云平臺的解決方案，通過LNMP實現框架，采用磁盤陣列（RAID10）、定時任務corn等備份技術保障企業數據安全。搭建Centos6、Debian、Ubuntu等系統鏡像模板以及虛擬服務器，滿足不同環境需求。測試表明，OpenVZ實現的云平臺可充分解決中小型企業資源管理問題。

關鍵詞：OpenVZ;私有云服務;云計算;Lunix;虛擬化

中圖分類號：TP302? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）02-0016-04

Abstract： Cloud computing is a very popular technology in the field of computer information technology. Private cloud is quickly recognized by public enterprises with its superior performance of integrating and managing enterprise IT resources. In order to reduce the operating cost of small and medium-sized enterprises， this paper proposes a solution to build a private cloud platform Based on the OpenVZ framework and its core components. Through the LNMP implementation framework， the backup technologies such as RAID 10 and timed task corn are used to ensure the data security of enterprises. Set up centos6， Debian， Ubuntu and other system image templates and virtual servers to meet the needs of different environments. The test shows that the cloud platform implemented by OpenVZ can fully solve the resource management problems of small and medium-sized enterprises.

Key words： OpenVZ; private cloud services; cloud computing; Lunix; virtualization

1 概述

十幾年前，云計算這個概念被提出。它是分布式計算的一種，是網格計算、分布式計算和虛擬化等傳統計算機網絡技術融合躍升的產物。[1]隨著企業信息化發展建設的深入，信息技術向云計算應用轉型，如今企業的工作方式和商業模式已發生巨大轉變。

虛擬化技術則是云計算基礎框架的核心，也是云計算這項技術發展的基礎?；谔摂M化的私有云技術已成為企業IT建設的重要方式之一。企業可以通過搭建的專屬私有云處理大量信息和應用，提高IT基礎資源管理效率和服務器利用率。而大量中小型企業則難以承擔高額的服務器建設、計算機運營的支出和維護成本，從而使業務處理能力下降。

為了解決上述問題，本文基于OpenVZ的虛擬化技術建立私有云平臺，包括硬件虛擬化、集中管理、彈性資源調度等功能。該平臺能很好地整合與管理現有的IT資源，有效利用IT海量數據，提高企業業務系統的柔軟性和快速應變能力。企業可以根據需要定制所需的存儲服務，且無須承擔多余的工程費用，大大降低了中小型企業軟硬件的開銷和日常維護成本，提高企業數據安全性。實現IT建設與業務發展的協同，科學地管理與調配信息資源。

2 OpenVZ概述

2.1 OpenVZ背景

OpenVZ是基于Linux操作系統級虛擬化解決方案的開源軟件，它采用SWsoft公司提供的Virtuozzo商業虛擬化解決方案產品的內核。[2]從當今虛擬化產業生態來看它是一種介于容器技術和全虛擬化技術之間的半虛擬化技術，并兼具這兩種技術的優勢，[3]不需要CPU虛擬化的特性支持。它允許物理服務器運行多個操作系統，在單個物理服務器上創建多個隔離、安全的虛擬專用服務器，并以最大效率共享硬件和管理資源。[4]其基于模板的應用程序部署可以在幾分鐘內用簡單的方法創建新的虛擬服務器并投入使用，協助用戶更好的管理虛擬服務器。

2.2 核心組件

OpenVZ由已修改的操作系統核心和用戶工具組成。從應用程序和VPS用戶兩方面來看，每個VPS的運行都和獨立的服務器完全一致，是完全獨立的系統。[5]它擁有ROOT權限訪問用戶、IP地址、內存、處理器、文件、應用服務、系統庫和配置文件等，確保應用程序之間不會相互干擾，且在虛擬化過程中大約僅有1～2%的CPU資源消耗，提高服務器利用率。

2.3 服務分析

私有云的核心屬性是專有資源，它的構建目的是單獨為客戶使用，對客戶數據的安全穩定性和服務品質提供最有效保障。[6]一般擁有基礎設施的中小型企業，可以在此部署應用程序和系統。私有云可由云計算提供商使用“托管模式”構建，云提供商可以為服務的中小型企業安裝、配置和運營私有云設施。私有云也可由公司自行構建，企業可將私有云部署在位于防火墻內的數據中心，也可選擇一個安全性高的主機托管場所來部署。這個模式給予公司對于IT云資源極高的控制，并且降低企業成本，提高數據資源的安全性。

3 基于OpenVZ的虛擬化實施方案

3.1 前期準備

3.1.1 服務器應用

1） Web應用

本文基于LNMP實現Web框架。

LNMP=Linux+Nginx+Mysql/MariaDB+Perl/PHP/Python，其面板安全性能較高，可以解決主機間的跨站攻擊，運行動態網站或服務器占用的資源非常少。這些腳本組件能夠創建容易有效的操作文本流。還可利用它的數據加密、遠程和定期備份、一鍵還原網站和面板數據等功能。

通過安裝cmake和mysql，對mysql一級目錄進行編譯。安裝myisam、innodb 、archive 、blackhole存儲引擎，再將數據庫分區，從本地導入數據。放置腳本并設置環境變量，建立mysql用戶并對數據庫初始化。再進行PHP安裝和文件配置，建立nginx用戶并啟動服務。

2） 數據庫應用

本文采用方便高效率的Mysql、PostgreSQL、redis、MariaDB等數據庫管理系統，并將數據都緩存在內存中，周期性把更新后的數據存入磁盤，實現主從同步。數據可以從主服務器向其他任意服務器上同步，進行可執行單層樹的復制，在同步時可檢測接受完整的服務器消息發布記錄。

3.1.2 備份方案

1） 磁盤陣列（RAID 10）

備份采用RAID 10磁盤陣列技術，原有硬盤容量為4T，進行磁盤陣列之后容量變為1.7T。磁盤陣列將數據分割成許多區并進行條帶化。按RAID 0分成兩組，對一個陣列中的幾個磁盤同時讀寫操作，再對這兩組按RAID1鏡像，分別成塊存取在不同硬盤上。RAID 10提供鏡像存儲和數據條帶形分布，減少磁盤機械尋道的時間，能夠提升整個磁盤系統的效能。

通過mdadm在每個磁盤上劃分主分區sd：ls -l /dev | grep sd[bcdef]

使用命令創建RAID 10陣列：# mdadm —create —verbose /dev/md0 —level=10 —raid-devices=n /dev/sd[bcde]1 —spare-devices=1 /dev/sdf1

最后執行命令：# mdadm —detail /dev/md0

2） 定時備份

本文使用定時任務corn進行數據庫及文件備份。通過自主設置時間和執行內容來讓系統自動執行任務，保證數據和文件的安全性。安裝vixie cron和crontabs軟件包，查看crond服務是否運行，使用服務操作命令載入配置，進行啟動服務、重啟服務、重新載入服務等指令。設置運行日志存放路徑，進行定時任務配置。

3） 異地備份

采用基于主機的異地備份數據復制技術，虛擬機處于同一虛擬子網中，可進行無障礙互聯。不考慮存儲系統的同構，支持遠程實時備份。分析企業災備和解決方案，確認恢復范圍和距離等。

3.2 平臺實施方案

本文使用實體服務器以及軟硬件環境為：戴爾 R710/64g內存/4*1TB;CPU：X5650;內存51GB ;OS系統版本：Linux 2.6.32-042stab134.3x86_64

在物理宿主機中部署OpenVZ，設置用戶、虛擬機的IP地址以及DNS地址等。[7]現已擁有7個原生系統鏡像和16個自主創建的系統鏡像，可根據用戶需求自主選擇。

OS系統模板：

centos6-x86_64? centos7-x86_64

Debian-7.0-x86? Debian-7.0-x86_64? Debian-8x86_64-minimal

Ubuntu-16.04-x86_64 ubuntu-16.04 6-server-amd64.iso

目前擁有20個虛擬服務器：centos6測試系統、debian7測試系統、php運行環境、mysql5.5環境、nginx、apache、Python3網站環境、NodeJs運行環境、Redis、ASP.NET網站運行環境、Go語言環境、PostgreSQL數據庫、Memcached緩存系統、Ruby語言環境、原生debian7 64位系統、原生debian8 64位系統、原生ubuntu 16 64位系統、mysql5.6、mysql5.7。

通過網關設置的DLAN下的虛擬IP池建立IP范圍，創建一個擁有153個IP的IP池。管理員可創建用戶并對其管理，導入生成的硬件證書，可指定用戶使用IP，在用戶接入后，DLAN從IP池中隨機選擇一個空閑IP分配給用戶，每一個IP都可創建一個虛擬機。本文創建的IP地址范圍：192.168.0.101～192.168.0.254

本文采用OpenVZ Web Panel——基于OpenVZ虛擬化技術的服務器網頁控制面板，它能方便管理員和用戶管理虛擬服務器。管理員可查看面板用戶、物理服務和虛擬服務器數據，以及查看虛擬服務器運行、停止、到期的情況。管理員具有創建虛擬機，并且創建管理用戶、IP池、處理工單、查看物理服務器等權限。用戶具有使用虛擬機、修改虛擬機密碼、更改DNS、創建系統鏡像和發送工單的權限。

3.3 測試

本次測試采用的測試工具為unixbench，測試虛擬機名稱為openvz-117，其配置是1核cpu 2G內存，centos7鏡像虛擬機耗費33MB內存。通過校園網進行功能性測試、集成測試、SSH遠程桌面登錄等測試。[8]

首先對物理服務器進行測試，服務器系統環境為Centos6.10。以root用戶登錄物理服務器進入SSH終端，安裝wget，使用wgrt下載測試腳本。給予測試腳本完整的運行權限：chmod +x unixbench.sh。再次運行測試腳本，得出測試結果。

3.3.1 性能測試

Dhrystone 2 using register variables? ? ?28449865.0 lps? ?（10.0 s， 7 samples）

Double-Precision Whetstone 3660.0 MWIPS （10.0 s， 7 samples）

Execl Throughput ? 1719.0 lps? ?（30.0 s， 2 samples）

File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks? ? ? ? 523430.9 KBps? （30.0 s， 2 samples）

File Copy 256 bufsize 500 maxblocks? ? ? ? ? 134948.9 KBps? （30.0 s， 2 samples）

File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks? ? ? ?1360596.1 KBps? （30.0 s， 2 samples）

Pipe Throughput 906171.5 lps? ?（10.0 s， 7 samples）

Pipe-based Context Switching 76758.5 lps? ?（10.0 s， 7 samples）

Process Creation 3973.1 lps? ?（30.0 s， 2 samples）

Shell Scripts （1 concurrent） 3452.1 lpm? ?（60.0 s， 2 samples）

Shell Scripts （8 concurrent） 2041.9 lpm? ?（60.0 s， 2 samples）

System Call Overhead 886121.1 lps? ?（10.0 s， 7 samples）

System Benchmarks Index Values BASELINE? ? ? ?RESULT? ? INDEX

Dhrystone 2 using register variables? ? 116700.0? ?28449865.0? ?2437.9

Double-Precision Whetstone 55.0? ? ? ?3660.0? ? 665.5

Execl Throughput 43.0? ? ? ?1719.0? ? 399.8

File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks ? ?3960.0? ? ?523430.9? ?1321.8

File Copy 256 bufsize 500 maxblocks? ? 1655.0? ? ?134948.9? ? 815.4

File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks? ?5800.0? ? 1360596.1? ?2345.9

Pipe Throughput 12440.0? ? ?906171.5? ? 728.4

Pipe-based Context Switching? ?4000.0? ? 76758.5? ? 191.9

Process Creation? 126.0? ? ? ?3973.1? ? 315.3

Shell Scripts （1 concurrent） 42.4? ? ? ?3452.1? ? 814.2

Shell Scripts （8 concurrent） 6.0? ? ? ?2041.9? ?3403.1

System Call Overhead 15000.0? ? ?886121.1? ? 590.7

========

System Benchmarks Index Score? 837.0

在系統中24個CPU中運行1個測試并行副本。CPU型號為Intel（R）Xeon（R）CPU X5650@2.67GHz;24核@1596.000 MHz x86 64;

CPU緩存：12288 KB;操作系統：CentOS 6.10（64位）OpenVZ;內核：2.6.32-042stab134.3;總空間：45.2 GB/1837.3 GB

內存總量：2338MB/52187MB（56MB緩沖）;交換總量：0 MB/9999 MB

I/O速度第1、2、3次運行分別為：150MB/S、155 MB/s、156 MB/s;

系統基準指數得分837。

3.3.2 應用測試

應用測試使用php探針進行測試。

服務器IP地址為：192.168.0.105;操作系統：Linux內核版本：2.6.32-042stab134.3;

PHP版本為PHPINFO;

PHP運行方式：FPM-FCGI（腳本占用最大內存）;

上傳文件最大限制為50M，socket超時時間為300秒。支持打開遠程文件（聲明arg和argc變量）、cookie、SMTP和BCMath（PREL相容語法）。

組件支持：FTP、session、XML解析、Socket、正則表達式函數庫、lconv編碼轉換、高精度數學運算、mbstring、哈希計算等。

數據庫支持：MySQL、SQLite3 VEr 3.20.1。

3.4 測試總結

實際測試下虛擬機性能較好，對比物理服務器性能損耗較低。具備虛擬化主機異構能力，能夠容納管理虛擬化平臺。測試了虛擬機的cpu、內存、網絡使用狀況、PHP相關參數以及組件支持等等，其具備邏輯網絡TOP功能。

4 結束語

本文基于Linux和OpenVZ基本框架構建了私有云平臺。云平臺的基本目標就是建立數據中心，為相關用戶提供計算、存儲等服務，縮短IT與業務的距離，降低運營成本。OpenVZ管理界面組件簡單易用、功能豐富，在登錄后就可以執行創建測試用戶、項目、網絡、云主機等操作，便于企業管理與使用。經過性能測試分析后，在重負載時體現出私有云系統的性能優勢，有效解決中小型企業服務器的瓶頸。低權重開銷的OpenVZ私有云正是中小型企業的最佳選擇之一。

參考文獻：

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[3] 段赫. 基于LXC容器資源優化的研究與實現[D]. 廣州： 華南理工大學， 2016.

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[5] 張立洪，杜丹，李龍.網絡對抗訓練混合虛擬化平臺設計研究[J].系統仿真技術，2012，8（1）：51-55，61.

[6] 賈晨微. 政務地理空間私有云技術研究[D]. 成都： 電子科技大學， 2012.

[7] 余先虎.VMware虛擬機在網絡實驗教學中的應用[J].計算機時代，2013（6）：20-22.

[8] 張震，譚方勇，劉昭斌.基于OpenVZ的遠程虛擬網絡實驗環境設計與構建[J].蘇州市職業大學學報，2012，23（4）：1-4.

【通聯編輯：李雅琪】