C139开题报告410中小企业云计算私有云与虚拟化的设计与实施.docx
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C139开题报告410中小企业云计算私有云与虚拟化的设计与实施
附件2开题报告撰写模版及要求
1．报告封面模板：
硕士论文开题报告
论文名称：
姓名：
学号：
专业：
中小企业云计算私有云平台的设计与实现
所属院系：
学院指导老师：
企业指导老师：
指导老师单位：
论文起止时间：
2．开题报告目录模版
开题报告内容撰写要求
开题报告是学位论文重要的环节，用于向专业报告学生的学位论文所要研究的方向和课题。
直接决定学生是否能正式进入学位论文的教学环节。
论文题目一般应包含“研究对象”和“研究范围”，
论文题目结构形式为：
范围+对象+动名词。
1．开题报告的篇幅与结构要求
开题报告正文字数在8000字左右。
即正文通常为9页（图形所占用的篇幅应该折算成为文字数），图形较多的开题报告最长也不超过12页。
开题报告结构组织见目录模板。
2．各章节写作要求
1．课题来源及研究意义
1.1课题来源
近年来，云计算得到了飞速的发展，例如AmazonWebService，GoogleAppEngin，iCloud等都已经成为大家耳熟能详的云计算产品。
作为一种新兴的商业模式，云计算被认为是又一次IT产业革命，它极有可能带来工作方式和商业模式的根本性改变。
在传统模式下，用户为完成一些业务目标需要搭建自己的IT系统时，不但要购买许多的软硬件设施，而且还要对这些资源进行相应的管理和维护。
可实际上，这些IT资源管理并不是用户的核心业务，只是用户用来实现自己业务的一个逻辑工具。
云计算的显著作用就是将这些IT资源进行集中管理以服务的方式按需提供给用户使用。
因此，在云计算平台的作用下，一方面，用户可以从繁重、复杂的IT资源管理中解脱出来，专心地投入到自己的核心业务；另一方面，云计算开辟的服务整合与按需供给的新模式使资源利用率得到显著提高，单位服务的能耗量也大幅度降低，减少了IT资源的出错率，系统的健壮性得到进一步提升。
鉴于云计算模式的巨大商业前景，国内外各大IT企业，如Google、Amazon、IBM、VMware、Microsoft、Apple和阿里巴巴等相继推出自己的云计算平台和产品，比如Google的GoogleAppEngine，Amazon的AmazonWebService，IBM的BlueCloud，VMware的VMwarevSphere，Microsoft的AzureServicePlatform，Apple的iCloud等。
而像Intel、Cisco和华为等传统硬件厂商也纷纷向云计算服务商转型。
由此可见，云计算已经受到了学术界和产业界的高度关注。
一个良好的云计算平台应该具有高可扩展性，高可用性，高可靠性，能按需分配资源和负载均衡等特性。
伴随着私有化技术的不断发展，基于私有化技术搭建的云计算平台已经可以很好地实现这些特性。
计算资源和存储资源的虚拟化能够将资源按照用户的需求进行动态分配，有效地提高了资源的利用率。
虚拟化还能将物理硬件和操作系统分开，如通过私有化技术可以在同一台物理机上运行多个操作系统，并加载不同的应用程序，这极大地改善了物理机的灵活性。
克隆和动态迁移等技术为云计算平台实现动态可伸缩性、高可用性和负载均衡等特性提供了极大的帮助。
正是因为私有化技术有着诸多的优势，所以Amazon、IBM和VMware等著名公司才将虚拟化运用到自己的云计算解决方案中。
目前，世界上的主流私有化技术解决方案有Xen、KVM和VMware等，现有的云计算平台也是基于不同的私有化技术，如IBM的BlueCloud使用了Xen私有化技术，VMware的VMwarevSphere则使用了自己的私有化技术。
考虑到Xen具有更好的可用资源、平台支持、可管理性、实施、动态迁移和性能基准等优势，本文采用私有化技术作为云计算平台设计的支撑工具。
目前能够提供的云计算服务对于整合企业数据资源有很多需要改进的地方。
企业需要云计算资源能够无缝的整合到企业现有IT资源池中，而不需要处理大量繁琐的配置、地址管理、安全设置等工作。
但是，现有的商用的云计算服务器都是部署在单独的站点，使用独立的IP地址空间，不受用户的控制。
云资源和企业资源在网络上的隔离带来了应用软件部署和配置的难度，尤其是部署的服务需要与企业私有网络建立通信的时候。
另外，用户使用公网IP地址实现云端应用部件与企业站点的互联，从而带来安全问题；而且用户需要自己配置防火墙策略来管理企业网络与云资源的互联安全。
最后，现有云服务只关注计算和存储资源，并不提供对云内和云与企业网络间的网络资源的管理控制。
由于缺乏网络与云资源的协调机制，用户还需要自己与电信网络提供商交涉，租用带宽保障的专有带宽通道。
1.2研究意义
云计算要在企业应用中实现真正的落地，需要更为有效的方法：
首先，将现有的数据中心转化为内部云；然后，与托管和服务提供商合作，共同实现可兼容的外部云。
随后，通过在云之间进行绑定和统一管理，使内部资源和可利用的外部资源连接起来，帮助企业获得云计算的所有好处和灵活性，而这一结果实质上就是“私有云”。
私有云跨越内部云和外部云，为业务提供无缝的、可管理的云计算环境。
内部云部署企业关键应用和数据，外部云为企业提供可扩展的计算资源。
企业内部云与外部云通过虚拟专用网连接，在提供跨地域的、高效的网络访问和资源间互联的同时，使得云端资源依然遵从企业的安全规则，从而具备私有云的安全优点。
内部资源和外部可利用资源的结合，最大限度地提高了成木效益，并且保持了对整体IT基础架构的控制。
私有云在集团IT控制之下带来了云计算的一系列好处。
基于私有云，需要推出新业务服务的应用提供者，能够不受服务、存储和网络等基础架构复杂性的影响，专注于提供商业价值。
此外，企业在数据中心与各种私有云平台中需要应用各种先进的云技术，这种云技术有助于企业在资源部署方面的进一步开发和发展，并且能够最大限度的保证企业的IT资源，在一定程度上能够让企业在更加廉价的服务资源中获得各种先进的IT服务。
云计算可以允许企业能够获得更加先进的存储资源，并且保证各种先进的存储资源的费用能够进行精确的计算。
目前在私有云的云计算平台中仍然有许多地方需要加以改进，这些地方能够在现有企业的IT资源中加以实现，目前来讲，当前的云计算平台存在着的问题主要有三个方面：
（1）存在着大量的繁琐配置，这些配置需要面对不同的用户；
（2）云资源以及企业资源的隔离能够为企业的资源配置带来较大的难度，尤其是当企业在服务器部署方面有着较大的难度；
（3）不同用户在公网的IP使用中以及企业的网络互连中存在着许多安全隐患和安全问题，这些都会导致服务器的防火墙配置存在着较大的安全，并且这些网络资源缺乏有效的协调机制。
2．国内外研究现状分析
2.1国外现状
随着当前网络技术的不断发展和成熟，云计算技术不断得到深入，越来越多的人开始关注云计算，这些都会使得人们的日常生活离不开它。
云计算目前已经由起步阶段发展到实质阶段。
因此在互联网公司和IT行业中都在积极的推动着云计算业务的发展。
在国外，云计算的发展非常迅速，起步也比较早，有一批大型公司已经开始推行云计算服务平台，除此之外还相继推出了自身的云计算产品。
2005年，美国的亚马逊开始对外宣布自主研发了云计算平台，这种云计算平台的名称为AWS。
在这一年之后，该公司又相继推出了其它的服务品牌，这些品牌当中主要包括有各种弹性的计算云服务器以及存储服务器。
这就是最早的云计算平台以及云计算概念。
2007年10月份，Google公司已经开始陆续推出一些云计算平台和云计算服务器，这种云计算平台能够帮助该企业进一步降低成本，与此同时，云计算的软件和硬件服务平台还能够进驻到校园当中。
在此期间，Google公司还不断向外界展示其研究的关键技术，从技术层面来讲，当时推出的关键技术主要有三个方面。
第一个就是GFS技术，第二个技术就是MapReduce技术；第三个技术就是BigTable技术，这些技术在当前的发展中掀起了一股热潮。
2006年7月29日，一些公司开始推出和宣布了一项研究计划，这些研究计划中有一种测试平台因此而诞生，在这种背景下云计算也得到了进一步的发展。
该项计划主要包括6个数据中心和3000个左右的处理器。
2008年10月，Microsoft公司发布了自己的公共云计算平台AzureServicePlatform。
主要包括四个部分：
WindowsAzure、.NETService、SQLService和LiveService，此平台可以帮助用户开发运行在Microsoft数据中心的网络应用程序。
WindowsAzurePlatform平台的发布启动了Microsoft公司云计算研发的进程。
2010年7月，Rackspace和NASA，还包括DELL、Intel等硬件厂商的支持，一起宣布了开放源代码“OpenStack”计划，而且OpenStack已经被加到Ubuntu的11.04版本之中。
另外，在2010年10月Microsoft公司也开始支持WindowsServer2008R2和OpenStack的集成。
从云计算发展历程可以看出，基于云计算这种新型模式所研发出的云平台已得到一定程度的推广，由其所提供的云服务也渐渐地被应用到人类的日常生活之中。
但是从整个云计算技术的研究与实现技术的角度考虑，现有的云计算技术总体上仍处于发展阶段，还有许多与云计算应用相关的问题未得到完全的解决。
目前，一些大型IT企业都在积极地构建自己的云服务器，开发自己的云平台。
但是当企业使用虚拟专用服务器对外提供服务的时候，资源浪费、可用性不高和数据丢失的现象将会显露无疑。
虚拟机迁移是云计算实现整个系统负载均衡的关键技术，它使得云平台更具有健壮性和高度响应的能力。
目前，多数的云计算应用框架在启动迁移和检测系统负载热点方面都缺乏灵活性，不能够及时有效地应对突然的工作负载变化。
此外，系统还应该能够在进行迁移操作时，高效一致地传输虚拟机内存中的各项状态。
服务器整合技术能够最大化资源的利用率。
通常是使用虚拟机迁移的方法来将分散于多个服务器上的虚拟机整合到同一个服务器上来，这样其它的空闲服务器就可以直接关闭或者是设定为节能状态。
如今的大部分云平台都忽视了对虚拟机负载波动的及时观察，当系统遇到资源拥塞的时候，却无法快速做出应急响应。
提高能源的使用效率是云计算的重点研究技术之一。
据统计，现有的多数云计算数据中心的能耗成本占运营支出总额的50%以上，因而设计一个高效的能耗管理解决方案显得十分重要。
本文所考虑的云计算平台设计策略将重点解决或改善现有的云计算应用框架中虚拟机迁移，服务器整合以及能耗管理等方面的缺陷和不足，使得云计算平台更具高效性和灵活性，并且更加节能。
2.2国内现状
目前在国内，云计算的起步比较晚，但是发展速度非常快，2008年2月份，EMC作为中国的云计算方面的研发平台正式成立，该部门已经形成了强大的云战略体系。
2008年，IBM公司在中国创建了两个最为主要的云计算中心，其地点分别在无锡太湖以及中国的IBM数据创新中心。
2009年1月份，阿里巴巴公司开始在南京投资“电子商务云计算中心”，该中心主要包括有XX、网易等多家公司，这些公司也相继开发了云计算服务平台和数据服务中心。
2010年10月份，国家发改委以及工信部印发了《关于做好云计算服务创新发展试点示范工作的通知》，该通知确定了几大城市在云计算服务中的示范工作点。
除此之外，中国电信、移动以及联通都开始向大型云计算中心转型。
目前为止，我国已经有20多个城市正在开始相关项目的研发和试点工作。
除此之外，目前国内的云计算已经走过市场预备期，开始以较大规模向更高层次的阶段发展。
2.3对比分析
本文所考虑的云计算平台将会重点解决云计算中的各个虚拟机迁移状况，对于服务器整合以及耗能管理方面存在的不足和缺陷，需要不断开发新的云计算功能，来使得整个系统更加的节能和完美。
3．研究目标及内容
3.1研究目标
在原型系统实现中，我们将在Linux的QEMU/KVM平台上，采用Linux内核的强制访问控制模块SMACK实现对虚拟机进程的强制访问控制。
具体内容包括：
1、虚拟机进程安全标签的管理。
为实现同平台上各个虚拟机间的隔离性，需要保证不同虚拟机具有不同的安全标签，实现当虚拟机在启动时，对虚拟机启动进程分配唯一的安全标签。
2、虚拟机资源安全标签的管理。
安全隔离的关键在于实现虚拟机进程与其对应的镜像文件具有相同的安全标签，不同的虚拟机间具有不同的标签。
因此，虚拟机镜像随着虚拟机进程的启动，获得与虚拟机启动进程一致的标签，当虚拟机进程关闭时，虚拟机镜像原有的标签需要被回收，并被赋予特殊的标签，保证虚拟机进程结束后，任何进程都将不能对其镜像进行访问。
3、系统集成部署，将安全增强系统集成到虚拟机部署中，验证虚拟机间的隔离性。
3.2研究内容
1、研究不同的物理资源与私有云资源进行结合的云计算平台。
在这种计算平台中，可以考虑将不同的虚拟机以及物理机进行融合，用来提高资源的利用率，并且在不同的配置方案下，通过消除IT行业的生产瓶颈来达到较高的业务响应能力和响应水平，并且在此基础上可以大大降低分布式环境的人力成本和人力需求。
在物理机以及虚拟机的资源优化中，可以应用不同的基础结构服务平台。
2、通过虚拟厂商来解决虚拟机融合的难题。
当前私有云技中对于高端的产品往往显得无能为力，并且各个企业与公司对于云计算的基础设施中的软件共享显得缺乏手段，因此本文研究的主要内容就是借助几大虚拟厂商对于虚拟产品的支持，来开发更为高级的虚拟产品。
3、通过研究来实现Platform公司在私有云云计算中的资源调度方法和资源调度方案。
4、研究实现各种基于DSA思想的云计算通用化调度平台和调度框架。
DSA是在控制理论的基础上提出来的，首先来讲，它可以在各种基础结构服务资源和服务体系中获得更高层次的服务程序，并且将这种探测结果发送给调度部门来进行决策，最终根据决策行为来获得各种资源的反馈结果。
3.3研究方法和技术路线
WFS云计算和云存储平台中可以进行各种web的访问，并且在这些web界面中可以获得有效的服务配置，在当前的管理系统中可以实现各种比较先进的服务模块，这些模块主要包括有网络管理模块、存储管理模块以及各种特定功能应用模块。
开发人员可以根据现成的WFS云存储系统来对相应的接口和模块进行一套比较成熟的二次开发，整个WFS云存储系统的功能框架图如图1所示：
图1WFS云存储系统设计
如何提高数据的利用率和存储率是将来系统当中需要重点解决的问题，WFS的云存储平台中使用的是Web2.0技术，这种技术可以支持各种较为先进的设备访问和浏览器访问。
在Web应用端，往往可以根据各种特定的文件类型来显示相应的图标，这些图标都是通过特定的数据接口或者数据库的操作来完成的，因此在不考虑数据冗余的情况下可以利用各种数据信息来完成多个接口下的数据存储功能，总体框图如图2所示：
图2数据访问路径示意图
访问数据可以通过建立各种特性类型的数据来实现，在具体的文件访问过程中，往往存在着一些较为具体的应用实例，这些应用实例往往有着特定的视频和音频文件，并且能够在不同的图片环境下得到应用。
元数据作为描述当中的重要信息可以获得各种重要的信息来源，WFS云存储系统可以作为关键性的词汇来进行模糊和精确化的搜索功能，这能够进一步加强数据定位和数据服务功能。
4．系统总体解决方案
4.1业务分析
私有云技术可以在WFS的云存储系统得到较为充分的应用，这些云存储模型可以在四个较为成熟的管理层中实现，这些主要包括存储层、基础物理层、应用接口层以及访问层等等，在上述几个管理层当中可以利用现代化的服务器来解决，并且能够提高系统的安全性和稳定性，并能够在一定程度上消除数据冗余，并且能够在系统中满足不同的协议接口。
在访问层中可以利用各种有效的数据信息来实现多条路径访问方法和搜索功能，从而从根本上来提高数据的利用率。
（1）研究了云计算的基本架构和私有云技术的主要特性，深入分析了基于私有云技术搭建云计算平台的优点，论述了虚拟机动态迁移的相关技术。
（2）借助于开源云计算软件——OpenStack以及其提供的基本功能，提出了在此框架基础上通过增加自主定制的特殊功能模块和灵活性的API，以够构建出具有更高资源利用率、
更高可用性的云计算平台架构的设计思路。
着重说明了如何实现基础设施即服务，讨论了实现硬件资源抽象、动态资源管理和高可用性等功能的技术途径，描述了人性化的、基于Web的自助服务方式。
（3）对OpenStack基础结构进行了扩展，增加了API模块、NodeManager模块、ComputeNode模块和IPMIBlock模块等新功能模块，以解决云计算平台的数据通信、协议实现和资源管理等功能，为构建灵活、可用性和低能耗的云计算平台奠定了技术基础。
从而进一步研究了系统中的能耗管理问题，设计了一种动态能耗管理方案，有效地实现了整个系统的负载均衡，并对实现中涉及到的相关技术展开了说明与分析。
（4）通过搭建一个云计算环境，对本文给出的设计系统所能提供的基础设施即服务等功能进行了测试，并对实验中的物理机进行对比分析。
测试结果表明，在不影响性能的前提下，系统实现了高效节能，起到了提高资源利用率和降低云计算平台能耗的作用。
4.2系统总体解决方案
WFS云存储系统是一款集资源收集、管理、服务的文件存储产品。
对外提供基于Web的访问方式，提供文件在线存储、备份、共享、搜索、多版本控制等功能。
内部采用多种私有云技术，底层提供FC、FCOE、iSCSI、NFS、CIFS和自定义的API访问接口。
WFS云存储系统的层次结构如图3所示。
图3WFS云存储系统层次结构图
（1）存储层。
存储设备还可以采用磁盘阵列、存储区域网络（StorageAreaNetwork，SAN）、网络附属存储（NetworkAttachedStorage，NAS）。
统一存储管理平台使
WFS系统能够兼容异构的存储设备。
（2）基础管理层。
基础管理层是WFS云管理当中最为重要和最为核心的部分，同时也是最难实现的部分。
通过对管理层进行集中管理，并且对各种分布式文件进行协同管理可以对外提供统一性的服务，这些服务可以方便实现强大的数据管理功能。
（3）应用接口层。
在应用接口层中可以借助WFS云存储系统来满足不同的服务器接口并且为不同的应用服务器提供数据接口。
在Http访问服务器中，用户可以通过浏览相关的存储文件来实现数据共享和搜索功能。
通过自定义的API数据接口可以对各个客户端下的用户进行数据备份，并且可以借助多服务器下的自动同步来对WFS云存储中的较为灵活的部分进行实现和开发。
（4）访问层。
任何一个授权用户都可以登录访问云存储系统，享受云存储服务。
WFS云存储系统根据用户授权的不同，提供不同的服务等级和内容。
云计算应用服务的类型可以分为SaaS、PaaS和IaaS。
云计算应用服务层次划分如下图所示。
近年来，在IT领域里较为热门的研究方向就属云计算，其中的私有云则由于其可控性、安全性和可以更高效的利用IT设备资源等特性，所以在云计算的研究领域里占据着非常重要的位置。
图4云计算应用服务层次划分
IaaS是私有云的基础设施资源以及与其密切相关的管理功能的集合，在经过对基础设施资源的抽象和管理之后，实现对外提供基础设施服务的功能。
本文设计了一个基于服务器私有云技术的私有云计算平台，能够对外提供基础设施即服务的功能。
该平台的最大特点是借助第三方软件OpenStack，并在此基础之增加了硬件资源抽象、动态资源管理、负载均衡等功能，实现了一个高可用性和为用户提供了基于WEB的人性化自助服务。
基础设施即服务是指将IT基础设施资源，比如服务器、计算能力、存储以及网络等相关联的一些基础设施资源，通过互联网快捷的交付给用户使用，然后按照用户对基础设施资源的实际使用量或者是占用量来进行计费的一种新型服务。
用户能够在此服务之上部署或者是运行与自己的核心工作密切相关的各种类型的软件，包括客户操作系统以及应用业务。
基础设施即服务层通过将IT基础设施资源进行抽象，实现了资源管理的优化，从而能够更快捷、便利的对外提供灵活、动态的基础设施服务，它是目前最基础和最主要的云服务形态。
图5WFS云存储系统设计
图5云平台技术体系结构
图6拓扑结构图
5．研究过程中技术难点分析及解决方案
5.1技术难点分析
1）企业资源与云端的透明连接；
2）安全的网络通信和隔离；
3）云计算资源与网络资源的联合配置。
5.2可能解决方案
1）企业资源与云端的透明连接
当前的云部署和云平台不能够保证企业对集中化的软件进行有效的运用，因此如果将云端服务器应用到企业中就会遇到企业互联的问题。
2）安全的网络通信和隔离
可以利用较为高端的云资源平台来打造一套比较安全的局域网系统，这种局域网系统可以保证云端资源能够连接到企业的网络平台中。
3）云计算资源与网络资源的联合配置
可以将企业当中的云端应用到计算资源的各个动态用户分配中，并且可以保证各个用户强大的计算能力和分析功能。
6．预期成果及可能的创新点
本文在综合分析国内外各项研究的基础上，深入到企业内部，对于云计算的本质和私有云平台的本质开展研究，具有以下四个方面的创新点，大体上可以包括有：
1）提出了一种自动配置的网络资源化管理体系和管理架构，这种云资源管理平台可以借助企业中的IT资源来与其它各个资源之间实现VPN对接，最终建立一套有效的私有云云计算平台。
2）提出一种全新化的网络动态路由机制，这种机制借助于云平台能够实现网络传输的性能和自由度，并且能够保证原先的ISP中的IP路由器受到限制，最终来实现更好的性能。
3）提出了一种VPC模式下的云计算平台以及内部资源联合调度机制，这种机制可以结合云计算的各种模型和资源来建立单独的VPN拓扑连接平台，从而实现各种计算资源下的联合调度分配机制，从根本上来提高整体资源的利用效率。
7．论文工作计划
7.1论文工作计划
1、2015.9-2015.11查阅文献资料，进行国内外现状研究；
2、2015.12-2016.1进行基本理论研究；
3、2016.2-2016.3进行平台设计；
4/2016.4-2016.5对平台功能进行仿真验证。
7.2本人工作内容
第一章主要对本文的研究目的和研究意义以及国内外现状开展研究，通过上述研究归纳出本文的研究目的和研究内容，对创新点进行归纳和总结。
第二章主要对理论基础和相关的技术背景展开研究，这些主要包括各种现成的云计算模型，除此之外，还介绍了企业云计算中各种私有云平台存在的问题和挑战，除此之外，还对相关的研究进展进行了总结。
第三章建立了企业级的虚拟私有化VPN体系结构以及云计算平台。
第四章研究如何通过动态路由机制确保VpN数据通信的QoS。
第五章研究VPN互联体系下云计算资源与网络资源的联合资源调度机制。
第六章研究VPN互联体系下云计算资源动态迁移机制及性能测试。
在私有云中，企业内部数据中心以及云端资源站点在地里上是分散并通过互联并组成计算资源池。
7.3如期完成全部论文工作的可能性
本文立意新颖，有理有据，并且数据真实可靠，最终能够按时完成任务。
参考文献
[1]鲁松.计算机私有云技术及应用.北京：
机械工业出版社.2014，1.ISBN：
978-7-1112-2545-4.
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