基于容器技术的科教云平台的设计与实现
发布时间：2020-05-13 06:42
【摘要】：云计算的发展为各行各业提供了弹性的、高可用的云服务,Docker容器技术的出现为云服务的发布和部署提供了更加灵活的方式,使云更加稳定可靠。相较于传统实验室IT架构设施,引入基于容器技术的云平台能提供更高效的资源利用和更安全的数据管理。以云计算为理论基础,探索了Kubernetes容器管理技术、OpenStack云计算服务以及Ceph分布式存储系统的技术架构,分析了在云上进行科教管理所面临的业务需求和性能需求,并对主要功能模块进行了用例分析,完成了系统的整体设计和数据库设计,提出了一套能为科研教学提供稳定服务的云平台解决方案,底层架构平台利用Docker技术将OpenStack各服务组件封装到容器镜像中,快速部署并构建了一套高可靠的云服务,并将Ceph分布式存储服务与OpenStack服务进行集成,作为OpenStack云平台的存储后端,为数据提供稳定可靠的冗余备份和强一致性的数据安全,最后以Kubernetes容器集群为基础,对运行中的容器进行高效的监控和弹性管理,为应用层提供高可用的资源服务。应用层基于Django框架,通过调用底层架构平台对外提供的服务接口,主要实现了用户管理、虚拟资源管理以及团队管理等三大功能模块,最终实现了一个能为用户弹性分配资源并且满足科研和教学的容器化云平台。基于容器技术的科教云平台将云计算和容器相关技术融入实验室科研和团队合作的场景中,提供了大规模高可靠、弹性可扩展的计算能力以及数据安全存储和管理能力。通过对系统核心功能的测试,平台能够对外提供稳定的服务,符合预期的设计目标。
【图文】：
图 2-1 OpenStack 核心组件架构图Nova 为 OpenStack 提供虚拟计算服务[24]，通过 libvirt 创建一个资源抽象层，借助 KVM 等技术将服务器的硬件资源进行虚拟化管理，对外提供虚拟机的启动、挂起停止和重新引导等功能。Neutron 为 OpenStack 提供虚拟网络服务[25]，底层支持二层网络以及三层网络等多种插件，提供了管理局域网的能力。Swift 为 OpenStack 提供对象存储服务[26]，对外提供一个分布式的对象存储服务对虚拟机的镜像和备份等数据进行对象存储，内部实现一致性哈希算法[27]，保证了整个集群内数据的复制和完整性。Glance 为 OpenStack 提供镜像管理服务，管理着虚拟机启动时所需要的镜像，调用相应的存储后端对虚拟机镜像文件进行保存。Cinder 为 OpenStack 提供块存储服务，可以管理虚拟机所需要的存储卷，比如提
图 2-3 Kubernetes 集群架构图Node 是工作节点，其上运行着 Docker 引擎，负责 pod 对应容器的创建，，启停等管理任务，定时同步信息到 Master，实现集群管理的基本功能，以及实现集群的通信与负载均衡。Pods 是 Kubernetes 中的最小部署单元，运行在 Node 节点上，一个 Pod 中包含一个或多个容器，是一组连接在一起的容器组合，里面的容器共享 Pod 的 IP 地址和数据卷。Pods 由 Kubernetes 统一创建、调度和管理，每个 Pod 都可以对其服务器上的计算资源进行额度限定。Replication controllers（RC）运行在 Master 节点上，用来管理 Pods 的生命周期，实现资源的伸缩，能够确保 Pods 按照指定的数量一直运行。开发人员可以定义 RC以实现 Pod 的创建与副本数量的自动控制，可以通过改变 RC 中 Pod 副本数量来实现 Pod 的扩容和缩容，可以通过改变 RC 中 Pod 模板的镜像版本来实现 Pod 的滚动更新等[41]。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.09
本文编号：2661562
【图文】：
图 2-1 OpenStack 核心组件架构图Nova 为 OpenStack 提供虚拟计算服务[24]，通过 libvirt 创建一个资源抽象层，借助 KVM 等技术将服务器的硬件资源进行虚拟化管理，对外提供虚拟机的启动、挂起停止和重新引导等功能。Neutron 为 OpenStack 提供虚拟网络服务[25]，底层支持二层网络以及三层网络等多种插件，提供了管理局域网的能力。Swift 为 OpenStack 提供对象存储服务[26]，对外提供一个分布式的对象存储服务对虚拟机的镜像和备份等数据进行对象存储，内部实现一致性哈希算法[27]，保证了整个集群内数据的复制和完整性。Glance 为 OpenStack 提供镜像管理服务，管理着虚拟机启动时所需要的镜像，调用相应的存储后端对虚拟机镜像文件进行保存。Cinder 为 OpenStack 提供块存储服务，可以管理虚拟机所需要的存储卷，比如提
图 2-3 Kubernetes 集群架构图Node 是工作节点，其上运行着 Docker 引擎，负责 pod 对应容器的创建，，启停等管理任务，定时同步信息到 Master，实现集群管理的基本功能，以及实现集群的通信与负载均衡。Pods 是 Kubernetes 中的最小部署单元，运行在 Node 节点上，一个 Pod 中包含一个或多个容器，是一组连接在一起的容器组合，里面的容器共享 Pod 的 IP 地址和数据卷。Pods 由 Kubernetes 统一创建、调度和管理，每个 Pod 都可以对其服务器上的计算资源进行额度限定。Replication controllers（RC）运行在 Master 节点上，用来管理 Pods 的生命周期，实现资源的伸缩，能够确保 Pods 按照指定的数量一直运行。开发人员可以定义 RC以实现 Pod 的创建与副本数量的自动控制，可以通过改变 RC 中 Pod 副本数量来实现 Pod 的扩容和缩容，可以通过改变 RC 中 Pod 模板的镜像版本来实现 Pod 的滚动更新等[41]。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.09
【参考文献】
相关博士学位论文 前1条
1 徐苑苑;云计算环境下的开放课程应用研究[D];华东师范大学;2013年
相关硕士学位论文 前6条
1 杨茂;基于Kubernetes的容器自动伸缩技术的研究[D];西安邮电大学;2018年
2 于泽萍;面向微服务架构的容器云平台设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2018年
3 李敬伟;基于OpenStack的网络资源管理技术研究[D];西安工业大学;2018年
4 陈金光;基于阿里云的Kubernetes容器云平台的设计与实现[D];浙江大学;2018年
5 肖品辉;基于OpenStack的实验室管理系统的设计与实现[D];华南理工大学;2017年
6 苏磊;基于OpenStack的云管理系统设计与实现[D];北京交通大学;2016年
本文编号：2661562
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