CloudStack云平台构建与应用研究.docx
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CloudStack云平台构建与应用研究
分类号TP315密级公开
UDC编号
硕士研究生学位论文
题目CloudStack云平台构建与应用研究
学院（所、中心）信息学院
专业名称电子与通信工程
研究生姓名学号
导师姓名职称
2014年5月
独创性声明
本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出贡献的集体和个人均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
研究生签名：
日期：
论文使用和授权说明
本人完全了解云南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：
学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文和论文电子版；允许论文被查阅或借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
（保密的论文在解密后应遵循此规定）
研究生签名：
导师签名：
日期：
…………………………………………………………………
本人及导师同意将学位论文提交至清华大学“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”进行电子和网络出版，并编入CNKI系列数据库，传播本学位论文的全部或部分内容，同意按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。
研究生签名：
导师签名：
日期：
摘要
网络技术的发展，大规模海量数据管理与存储需求，分布式技术的产生，特别是虚拟化技术的兴起，使云计算技术应运而生。
云计算作为一种多种技术的集合，把计算资源变成了一种可以流通的资源，实现了资源的按需分配，提高对软硬件资源的利用效率，避免了资源的浪费。
云计算的出现改变了现存的互联网生态环境，通过云计算中心提供的服务，普通用户也可以具备执行超级计算的能力，极大的提高了人们的工作和生产效率。
CloudStack作为一个开源的云计算平台，具有极高的可用性及扩展性，支持众多主流的Hypervisors，如KVM，XenServer，VMware，OracleVM等等。
使用CloudStack可以高效便捷的部署、配置、管理IaaS公有云和私有云，快速方便的在现存基础架构上面搭建公用的或属于自己的云服务。
本论文根据实验需求确定云平台的部署结构，对CloudStack云平台的搭建步骤进行了详细描述，完成了多主机节点的云平台搭建，并对搭建过程中可能遇到的典型问题进行了分析，给出了解决方法。
从CloudStack云平台应用角度出发，分析研究了云平台的数据库管理系统，创新性的举例给出云平台数据库管理系统在云平台系统功能管理方面的方法。
分析了实例虚拟机的创建、迁移过程及原理，讨论了不同参数设置对创建实例虚拟机的影响，并通过实验研究分析了两种迁移方式的异同与优缺点。
最后进行了传统应用系统向云端的迁移实验，研究分析了应用系统向云端迁移与传统部署模式的异同以及对开发部署者与终端用户的影响。
关键词：
云计算；CloudStack；虚拟机；应用研究；
Abstract
Thedevelopmentofnetworktechnology,therequirementsoflarge-scalemassdatamanagementandstorage,thegenerationofdistributedtechnologies,especiallytherisementofvirtualizationtechnology,whichmakecloudcomputingcomestrue.Cloudcomputingasacollectionofavarietyoftechnologies,makingthecomputingresourcesbecomeakindofresourcesthatcanbetraded,,escapingtheresourcewasting.CloudcomputinghaschangedexistingInternetenvironment,throughthecloudcomputingservice,theaverageusercanalsohave,whichimprovepeoples’workefficiency.
Asanopensourcecloudcomputingplatformwithhighavailabilityandscalability,CloudStacksupportsnumerousmainstreamHypervisors,suchasKVM,XenServer,VMware,OracleVM,andsoon.PeoplecanuseCloudStackefficientlyandconvenientlytodeploy,configure,managepublicandprivateIaaScloud,quicklyandeasilytobuildpublicortheirowncloudservicesontheexistinginfrastructure.
Thedeploymentstructureisbasedonexperimentalneeds,describingthestepsofthebuildingindetail,completeMulti-masternodecloudplatformbuilding,andanalysistypicalproblemsthatmaybeencounteredintheprocess,givingthepropersolutions.
FromtheperspectiveofCloudStackcloudplatformapplications,analysisthecloudplatformdatabasemanagementsystem,givingtheapplicationexampleofthecloudplatformdatabasemanagementsystemincloudplatformsystemfunctionsmanagement.Analyzetheprocessandprincipleofvirtualmachineinstancecreationandmigration,discussingtheinfluenceoftheparameterstovirtualmachineinstancecreation,andstudythedifferencesbetweentwokindofinstancemigrationthroughtheexperiment.Atlast,completetheexperimentofapplicationmigrationtocloud,analyzingthedifferencebetweentraditionalapplicationdeploymentandcloudapplicationdeployment,andtheinfluencetodeveloperandclient.
Keyword:
Cloudcomputing;CloudStack;Virtualmachine;Appliedresearch;
目录
摘要I
AbstractII
第一章绪论1
1.1研究背景及意义1
1.2.国内外云计算技术发展现状2
1.2.1国外发展现状2
1.2.2国内发展现状3
1.3发展趋势分析4
1.4论文内容安排5
第二章云计算技术综述7
2.1云计算定义及基本原理7
2.2云计算技术的体系结构8
2.2.1逻辑体系结构8
2.2.2技术体系结构9
2.3云计算分类10
2.3.1服务层次角度分类10
2.3.2服务方式角度分类11
2.4云计算的特点及关键技术12
2.4.1云计算的特点12
2.4.2云计算关键技术13
2.4.2.1虚拟化技术13
2.4.2.2分布式数据存储技术14
2.4.2.3海量数据管理技术14
2.5本章小结14
第三章CloudStack开源云计算平台15
3.1CloudStack综述15
3.2CloudStack架构15
3.2.1概念架构15
3.2.2部署架构16
3.3系统虚拟化服务器XenServer18
3.3.1XenServer简介18
3.3.2XenServer工作原理18
3.3.3XenServer的特点19
3.4本章小结19
第四章CloudStack云平台搭建20
4.1需求分析20
4.2实验环境20
4.3构建过程22
4.3.1管理服务器节点22
4.3.2宿主机节点28
4.4典型问题与解决办法28
4.5本章小结30
第五章CloudStack云平台应用研究31
5.1数据库管理系统31
5.1.1数据库管理系统简介32
5.1.2数据库管理系统应用实例36
5.2虚拟机实例38
5.2.1实例创建38
5.2.1.1系统虚拟机的创建38
5.2.1.2注册实例模板/ISO40
5.2.1.3设置计算方案41
5.2.1.4创建虚拟路由器vRouter42
5.2.1.5添加系统实例43
5.2.2实例迁移44
5.2.2.1实例迁移过程44
5.2.2.2动态迁移工作原理47
5.2.2.3两种迁移方式的实验对比48
5.3应用系统迁移51
5.3.1应用迁移实验51
5.3.1.1迁移实验应用系统51
5.3.1.2迁移准备工作52
5.3.1.3应用系统迁移过程52
5.3.2迁移实验分析54
5.4本章小结54
第六章结论55
6.1总结55
6.2工作展望55
致谢56
参考文献57
第一章绪论
1.1研究背景及意义
随着网络业务的不断发展，特别是随着移动终端的智能化，小型化，大众化，以及移动互联网的普及，有越来越多的移动终端设备进入互联网，网络用户的数量以几何级数增长，网络公司每天都要为用户处理和存储大量的业务数据，对电力成本，空间成本，各种服务设施的部署及维护成本提出了极大的要求，传统的网络技术以及很难满足这一挑战[]。
随着分布式技术的发展，特别是虚拟化技术的产生，人们具备了通过Internet把分散在各处的硬件、软件、存储资源整合在一起的能力，通过资源的整合，原本分散的资源形成一个巨大的整体，同时这些资源能够按需分配，使得资源能够被高效利用，完成大规模复杂的数据存储与处理任务，云计算技术由此产生[]。
云计算是多种技术的集合，它把计算资源变成了一种通货，实现了资源的按需分配，提高了对软硬件资源的利用效率。
云计算的出现改变了现存的互联网生态环境，只需要通过网络，用户就可以透明的使用云计算中心提供的各种服务。
CloudStack作为一个开源云计算解决方案，可以加速高伸缩性的公共和私有云（IaaS）的部署、管理、配置。
通过本课题的研究，用户可以使用CloudStack为基础，快速有效的通过云端基础架构创建云服务，极大的降低应用开发部署的软硬件成本，提高生产工作效率。
图1.1云计算技术发展路线
1.2.国内外云计算技术发展现状
1.2.1国外发展现状
云计算的产生基于互联网技术，是互联网技术结合其它众多新兴技术的产物。
欧美国家作为云计算技术出生地与引领者，对云计算技术的提出和发展起到了至关重要的作用，特别值得一提的是美国的两家互联网公司——谷歌与亚马逊，可以说是云计算技术的开山鼻祖[]。
对于云计算技术，在其各个技术领域环节，欧美各大企业的核心竞争力各有不同，很多企业采取了强强联合的方式，进行了技术上的优势互补。
例如，有些企业具有非常强大的开发与业务处理能力，而有些企业在计算机网络技术传统领域又具备很高的技术实力，因此它们能够联合起来提供多种服务，如软硬件平台支持，系统开发集成，服务提供与电信运行，应用开发等[]。
云计算生态产业链如图1.2所示。
图1.2云计算生态产业链
计算生态产业链中的几种厂商：
一、软硬件平台提供商
云计算的实现依赖于能够实现虚拟化，分布式处理，不同变化需求的软硬件平台，而在这一领域的主要技术支持企业通常为传统上技术领先的软硬件平台生产商，比如IMB，Vmvare，RedHat，Oracle，Intel，Hp等，这些公司的特点是能够灵活的提供软硬件平台的处理方案以及标准化，生产质优价廉的软硬件产品。
二、系统开发集成商
系统开发集成商主要为用户提供云平台的软硬件搭建工作。
这方面的代表厂商包括Oracle、Google、Amazon、IBM、HP、Sun。
这些公司能够提供系统的云平台软硬件资源的搭建部署，公司具有较强的研发与技术能力。
三、服务提供商和电信运营商
这些公司主要包括了为企业和个人用户提供计算和存储空间的IaaS公司，如Amazon、GoGrid，电信运营商AT&T、Verizon等；为企业用户提供开发平台的PaaS公司，比如Microsoft、Azure、Google等。
四、应用开发商
应用开发商实际上就是SaaS应用服务提供商，涵盖了传统的软件公司，产品包括Microsoft的Live服务，Google的GoogleEarth，Apple的MobileMe等等。
1.2.2国内发展现状
我国云计算技术相较于欧美等国家起步较晚。
经过5年的发展，云技术被广泛应用到了政府机关、交通运输、科学教育、企业公司等多个领域，每个领域都成功建设并提供了富有各自特色的云服务。
近年来，我国云计算产业不论是发展速度，还是产业规模，都有超过欧美国家的趋势，服务类型也越来越丰富，有着较好的发展前景[]。
我国云计算市场规模与增长如图1.3所示。
图1.32010-2014年中国云市场规模与增长
鉴于国内云计算技术的发展，政府相继出台了一系列的指导性政策。
我国在《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中首次明确了云计算技术的战略性地位；后又将建设和规范数据中心的指导意见写入了《关于数据中心建设布局的指导意见》。
政府的种种举措促进了我国云计算技术整体的健康快速发展。
相信在今明两年，政府会继续推出相关指导性政策，这些措施将进一步优化云计算技术在我国的发展环境，使我国云计算产业迈入一个新的时期，从发展培育期进入快速成长阶段。
在我国众多网络公司中，云计算业务发展较为成熟的是阿里巴巴。
为了保持云计算技术发展的优势地位，阿里巴巴成立了专门从事云计算技术研究工作的“阿里云”子公司，同时有多个“电子商务云计算中心”也正在筹备建设当中。
2009年，阿里巴巴在江苏南京建成其首个云计算中心，为保证其服务质量不惜投入巨额资金，展示了阿里巴巴发展云计算技术的信心与决心。
阿里巴巴在云计算中心部署了大规模的计算机集群，充分发挥了云计算技术的分布式存储和计算资源优势，以其为基础设施为用户提供了优质的云计算业务，大大降低了用户大在进行超级计算与海量数据处理的软硬件成本。
到目前为止，阿里巴巴公司的提供的云服务已基本成熟，大量的中小企业用户选择租用其提供的云服务，体现出了未来云计算技术的发展趋势[]。
1.3发展趋势分析
目前，云计算技术朝着经济性、高可靠、高可用的方向发展，广泛的采取分布式的数据存储，服务器通常以大规模集群化的方式进行部署。
网络的发展逐渐侧重于扁平化、自动化、虚拟化。
互联网技术的不断发展，特别是移动网络普及以及网络速度的提高，人们接入互联网的欲望与需求也越来越强烈，对网络服务的要求也越来越高。
公共计算网络将成为云计算发展的重要部分，跨平台的网络设备也对云计算的扩展能力提出了要求，云计算中心对计算资源的统一调度与分配也需要统一开放的标准，不同的云之间互操作的障碍问题继续得到解决。
云计算的未来发展如图1.4所示。
图1.4云计算的未来
可以遇见的是，云计算技术将彻底改变未来的计算机应用环境，用户将脱离自身计算机的软硬件环境远程使用部署在云计算服务器上面的应用。
这也就意味着计算机很有可能退化成提供接口单纯的终端设，我们不需要花费大量时间在计算机上预装大量的软件并进行配置与升级。
云计算对于企业的影响巨大，特别是中小型企业，云计算技术使他们能够在云端快速部署各种应用，而不再需要考虑服务器资源的调配。
云计算涉及了大量的技术与最近的科研结果，绝不是一个简单的计算问题。
云计算将同网络的发明一样又一次改变人类的生活，带动一批新产业的发展，它的产业化会带来一系列新产品的出现和应用开发、部署以及使用理念的调整。
未来云计算技术产业可能的发展与变化如下[]：
首先，云计算技术建立的“云”必须要能提供丰富应用服务、丰富信息资源，同时需要保证用户信息私密性；其次，云计算技术推动了移动终端设备的发展，新的移动终端设备将会更加重视设备的安全性、便捷性与使用效率；最后，“云计算”技术对现有网络基础提出了新的要求，未来的网络必须更加高速、稳定、低廉，同时要求网络产品厂商能够提供更加安全、高速、稳定的相关产品。
1.4论文内容安排
本文正文部分从第二章开始，到第五章结束，共包含四章，其中第四、五章为主要研究工作部分。
第二章首先介绍了云计算技术的定义，之后概括了其基本原理，然后分别从两个方面分析其体系结构。
根据现阶段云计算的发展，从两个层面介绍了目前云计算技术的分类。
最后介绍了云计算的特点与关键技术。
第三主要介绍CloudStack云平台的基本架构，解释了CloudStack云平台中的一些概念性问题，介绍虚拟化服务器Xenserver及其工作原理与特点，说明了本文选择XenServer作为虚拟化管理服务器的原因。
第四章根据实验需求确定云平台的部署结构，对CloudStack云平台的搭建步骤进行了详细描述，完成了多主机节点的云平台搭建，并对搭建过程中可能遇到的典型问题进行了分析，给出了解决方法。
第五章从CloudStack云平台应用角度出发，分析研究了云平台的数据库管理系统，创新性的举例给出云平台数据库管理系统在云平台系统功能管理方面的方法。
分析了实例虚拟机的创建、迁移过程及原理，讨论了不同参数设置对创建实例虚拟机的影响，并通过实验研究分析了两种迁移方式的异同与优缺点。
最后进行了传统应用系统向云端的迁移实验，研究分析了应用系统向云端迁移与传统部署模式的异同以及对开发部署者与终端用户的影响。
第二章云计算技术综述
2.1云计算定义及基本原理
云计算这个概念虽然已经提出很多年，但业界对于其概念却没有统一认可的定义。
通常情况下，云计算技术被认为是一种基于网络的超级计算模式，它整合了大量的软硬件资源，使之能够协调工作，同时继承了分布式处理技术与并行处理的优点，相对于网格计算有更一步的发展，尤其是实现了计算能力的商业化[]。
云计算的基本原理概括为：
利用远程或者非本地服务器的分布式计算机集群为互联网用户提供计算、数据存储及处理等服务。
使用户可以将可用资源全部集中到需要的应用上，用户可以根据需求访问远程云计算中心和存储系统。
云计算技术可以把一般的服务器设备或者PC连接起来以获得一般计算机所不具备强大的计算和存储等功能，但是却具有成本更低的特点[]。
云计算技术的简单实现原理如图2.1所示。
图2.1云计算技术的简单实现原理
云计算作为多种技术的集合，把计算资源变成了一种可以流通的资源，实现了资源的按需分配，提高了对软硬件资源的利用效率。
云计算的出现改变了现存的互联网生态环境，只需要通过网络，用户就可以透明的使用云计算中心提供的各种服务，极大的提高了人们的工作和生产效率。
云计算技术的发明使计算能力变为一种可以流通的通货，用户可以根据自己的需要购买或者租赁，完成自己的计算或存储工作。
2.2云计算技术的体系结构
自动化是云计算能够正常工作的重要保证，自动化可以有效的降低云计算任务中人工管理工作量，尽可能避免人为是失误带来的损失。
其次要满足系统的实时性，能够在接到请求时迅速做出反应，也就是提供系统的高性能。
最后系统必须能够保证可监控，在任何情况下都是透明的，并且受控于管理使用者，以满足不同任务条件下的需求[]。
在划分云计算的体系结构时，根据角度的不同，通常分为逻辑体系结构和技术体系结构。
云计算的逻辑体系结构主要根据系统属性和设计思想进行划分，解释了软硬件资源在云计算技术的地位与作用；技术体系结构的划分则从服务的角度出发，重点强调云服务能给用户带来什么。
2.2.1逻辑体系结构
云计算逻辑体系结构主要由六部分组成，如图2.2所示。
图2.2云计算逻辑体系结构
1、用户界面。
用户使用云时的入口，对用户提供访问云服务时的界面，通常是Web界面，用户可以通过Web浏览器进行帐号注册、登录并定制云服务、配置和管理用户账户。
2、服务目录。
云服务的用户通常都有权限的限制，不同权限的用户会获得不同的云服务，根据用户不同的权限，用户可以定制不同的云服务，云服务界面会以图形化的方式展示用户目前定制的服务列表，用户也可以对已经定制的服务执行退订操作。
3、管理系统。
通常只有管理员才有进入管理系统的权限，通过管理系统，系统管理员可以配置管理云计算中心所能提供的计算资源与服务，管理用户信息，改变用户权限及服务，接收用户发送的请求，根据请求提供用户相应的计算资源或应用实例。
4、部署工具。
云计算中心通常都具备自动化的部署机制，接受并处理用户请求，动态的部署云计算资源和应用，使云计算中心保持高效稳定。
5、监控。
实时监控云计算中心资源的使用情况，并及时做出反应，保证计算资源的使用效率，也就是维持系统的负载均衡，按照客户的需求进行资源分配。
6、服务器集群。
大规模部署的服务器或虚拟机组成的集群，由一个或数个管理服务器进行统一管理，负责处理用户的业务请求，如海量数据处理、数据存储、复杂的超级运算、应用实例等等。
2.2.2技术体系结构
云计算技术体系结构主要由四部分组成，如图2.3所示。
图2.3云计算技术体系结构
1、物理资源层。
物理资源也就是云计算的硬件资源，包括服务器、存储设备、网络设备等，主要为云计算提供基础基础硬件设施支持；
2、资源池层。
资源池层是虚拟化技术的产物，它把大量相同或相近的硬件资源以虚拟化技术整合在一起，如计算资源池、数据资源池等，以方便对硬件资源的统一化管理部署与管理；
3、管理中间件。
管理中间件主要对云计算资源进行管理工作，调度分配云计算中心的计算资源，为用户提供使高效、安全的云服务；
4、SOA构建层。
云计算中心的计算能力要想交付给用户，必须经过SOA构建层的处理后，最终以WebServices服务的形式提供给用户使用。
2.3云计算分类
2.3.1服务层次角度分类
云计算根据服务层次分为三类：
IaaS、PaaS和SaaS。
它们的全称分别为基础设施即服务、平台即服务、软件即
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