私有云管理平台的设计与实现

精品文档 1欢迎下载 中中图图分分类类号号 TP3TP3 论论文文编编号号 10006GS112138C10006GS112138C 专业硕士学位论文 私有云管理平台的设计与实现私有云管理平台的设计与实现 作者姓名何福康 学科专业软件工程 指导教师邵兵 副教授 王健 高 工 培养院系软件学院 TheThe DesignDesign andand ImplementationImplementation ofof PrivatePrivate CloudsClouds ManagementManagement PlatformPlatform A Dissertation Submitted for the Degree of Master CandidateCandidate HeHe FukangFukang SupervisorSupervisor AssistantAssistant Prof Prof ShaoShao BingBing School of Software Beihang University Beijing China 精品文档 3欢迎下载 中图分类号 中图分类号 TP3TP3 论文编号 论文编号 10006GS112138C10006GS112138C 硕 士 学 位 论 文 私有云管理平台的设计与实现 作者姓名 何福康 申请学位级别 工程硕士 指导教师姓名 邵兵 职 称 副教授 学科专业 软件工程 研究方向 移动云计算 学习时间自 2011 年 9 月 20 日 起至 2013 年 12 月 30 日止 论文提交日期 2013 年 11 月 15 日 论文答辩日期 2013 年 12 月 15 日 学位授予单位 北京航空航天大学 学位授予日期 年 月 日 精品文档 5欢迎下载 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明 所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得 的成果 论文中有关资料和数据是实事求是的 尽我所知 除文中已经加以标注和致 谢外 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果 也不包含本人或他人为获得 北京航空航天大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料 与我一同工作 的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明 若有不实之处 本人愿意承担相关法律责任 学位论文作者签名 日期 年 月 日 学位论文使用授权书 本人完全同意北京航空航天大学有权使用本学位论文 包括但不限于其印刷版和 电子版 使用方式包括但不限于 保留学位论文 按规定向国家有关部门 机构 送 交学位论文 以学术交流为目的赠送和交换学位论文 允许学位论文被查阅 借阅和 复印 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 采用影印 缩印或其 他复制手段保存学位论文 保密学位论文在解密后的使用授权同上 学位论文作者签名 日期 年 月 日 指导教师签名 日期 年 月 日 精品文档 I欢迎下载 摘 要 随着企业 IT 系统的日益庞大和复杂化 服务器硬件资源的浪费显得越来越严重 通过建设私有云管理平台 企业可以很方便地根据各种业务应用系统的特性来综合调 整资源的分配 本文将依据软件工程的科学管理手段 深入研究一个实用化的私有云 平台的开发 解决基础设施资源复用 通用业务能力开放 终端适配 业务承载等一 系列问题 该平台架构的特色 是一个自顶向下 以服务为主线来贯穿整个产品 是从用户 和业务的实际需求出发 通过服务统一的组织和调度底层的一些资源 在整个的平台 设计里 首先是从业务需求出发 分析用户的业务需求 为用户提供简单 统一的管 理平台 内置丰富的资源管理与交互功能 将原本静态分配的 IT 基础设施抽象为可管 理 易于调度 按需分配的资源 再把资源封装对外提供按需灵活使用各类 IT 资源的 服务 满足各种业务的运营 该平台分为资源管理平台 运营管理平台和用户自服务门户三个子系统 最底层 为资源管理平台 对多种基础资源进行统一管理 中间层为运营管理平台 对业务相 关内容进行管理 最上层为用户自服务门户 为用户购买和使用服务提供入口 每个 子系统有单独的登录 URL 由不同角色的用户登录进行操作 论文详细的从几个典型的核心需求展开分析 遵循标准的软件工程管理 采用成 熟可靠的 MVC 设计模式 选择 Spring Struts 的框架 以 CloudStack 为虚拟化基础管 理软件 结合一些大型 Web 平台实际运行中积累的难点解决思路 逐步实现了一个私 有云管理平台的开发 而且简单介绍了云计算的虚拟化技术 以及本项目中资源管理 所使用的解决方案 关键词 云计算 云平台 虚拟化 Spring Struts CloudStack II ABSTRACT Along with the enterprise IT systems become larger and more complicated the server hardware resources waste is becoming more and more serious Enterprise through the construction of private cloud management platform distribution according to the characteristics of various business application system to adjust resources According to scientific management methods of Software Engineering this article research deeply on praticle service private cloud platform to solve the problems of reuse on Infrastructure general service terminal adapter and service loading The characteristic for this platform is top down design service centered in entire product started from the real service requirement of users to arrange and manage underlying resource by the service in unify In the entire plat design system the first is from service requirement to analyse the business needs of users providing a simple unified management platform and built in rich resource management and interactive function the original static allocation of IT infrastructure management easy abstraction for resource scheduling distribution according to need then the resource encapsulation provide on demand flexible use of various types of IT resource service to meet a variety of business operation The platform is divided into resource management platform management platform and user self service portal three subsystems The bottom layer is resource management platform unified management of various resources the middle layer is the operation management platform to manage the business related content the top layer is the user self service portal providing entrance for users to purchase and use of services Each subsystem has a separate login URL operated by users in different roles login This article analyses from some typical critical requirement based on 精品文档 III欢迎下载 standard soft engineering managment adopting reliable MVC design mole choosing Spring Struts framework combined with difficulties solution from some large Web platforms and Gradually realizes a development of cloud platform gradually Also it introduces simplely virtualization technology of cloud computing and solution of resource manage KeywordsKeywords Cloud computing cloud platform virtual machine Spring Struts CloudStack IV 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 目 录 III 第一章 绪论 1 1 1 课题背景与意义 1 1 2 国内外研究现状 1 1 3 总体研究工作 2 1 4 论文结构说明 3 1 5 本章小结 3 第二章 系统需求 4 2 1 系统概述 4 2 2 需求分析 4 2 3 功能性需求分析 4 2 3 1 系统主要模块用例图 4 2 3 2 用户管理 5 2 3 3 服务管理 6 2 3 4 订单管理 8 2 3 5 资源管理 9 2 4 非功能性需求 10 2 4 1 性能需求 10 2 4 2 可扩展性要求 10 精品文档 V欢迎下载 2 5 本章小结 11 第三章 项目开发中涉及的相关技术 12 3 1 云平台实现技术 12 3 1 1 CloudStack 简介 12 3 1 2 MVC 架构实现 15 3 1 3 异步 JOB 模式 16 3 1 4 jQuery 简介 17 3 1 5 MySQL 数据库 18 3 2 虚拟环境安装 18 3 2 1 存储准备 19 3 2 2 VMware vSphere 安装和配置 19 3 2 3 CloudStack 安装 20 3 3 各平台与 CloudStack 交互 21 3 3 1 常用 API 简介 22 3 3 2 编码实现 22 3 4 本章小结 24 第四章 系统设计 25 4 1 系统总体设计方案 25 4 1 1 系统设计目标 25 4 1 2 系统设计原则 25 4 1 3 系统总体架构 25 4 2 数据库的设计 27 4 2 1 领域建模 27 VI 4 2 2 模板管理 28 4 2 3 订单管理 30 4 2 4 用户管理 31 4 2 5 服务实例管理 32 4 3 功能模块的设计 35 4 3 1 服务模板管理 36 4 3 2 服务目录管理 38 4 3 3 订单管理 40 4 3 4 用户信息管理 41 4 3 5 服务使用 42 4 4 本章小结 46 第五章 系统实现 47 5 1 服务模板管理的实现 47 5 1 1 操作流程 47 5 1 2 服务模板生命周期管理状态图 48 5 1 3 服务模板创建时序图 48 5 1 4 服务模板定义 49 5 1 5 服务模板审核 50 5 1 6 服务模板发布 51 5 2 服务目录管理 51 5 2 1 服务目录定义时序图 52 5 2 2 服务目录定义 53 5 2 3 服务目录审核 54 精品文档 VII欢迎下载 5 2 4 服务目录发布 54 5 3 订单管理 54 5 3 1 订单提交时序图 55 5 3 2 订单人工审核时序图 55 5 3 3 订单申请和处理流程 57 5 3 4 订单审核 58 5 3 5 订单查询 58 5 3 6 订单到期提醒 58 5 4 用户管理 58 5 4 1 用户管理 59 5 4 2 用户组管理 60 5 4 3 角色管理 61 5 5 服务实例管理 62 5 5 1 服务生命周期管理 62 5 5 2 服务操作时序图 62 5 5 3 服务状态变迁图 63 5 5 4 服务申请 64 5 5 5 服务查看 66 5 5 6 服务操作 66 5 5 7 服务变更 67 5 5 8 服务续订 68 5 5 9 服务退订 68 5 6 本章小结 69 VIII 第六章 系统测试和部署 70 6 1 系统测试 70 6 1 1 测试目标 70 6 1 2 测试环境 70 6 1 3 系统功能测试 72 6 1 4 系统性能测试 73 6 2 系统测试分析 74 6 2 1 Bug 分析 75 6 2 2 测试结论 75 6 3 系统部署 75 6 3 1 部署方案概述 75 6 4 本章小结 77 总结与展望 78 总结 78 个人工作 78 展望 78 参考文献 79 致谢 81 精品文档 IX欢迎下载 图目录 图 1 私有云管理平台核心模块用例图 5 图 2 CloudStack 系统架构 12 图 3 管理服务器机群架构 14 图 4 虚拟机 卷 快照 模板的关系图 14 图 5 云平台自服务门户逻辑视图 15 图 6 MVC 流程示意图 16 图 7 用 VC 添加主机 20 图 8 CloudStack API 返回结果 22 图 9 API 调用代码 23 图 10 查询用户及域的 API 调用结果 24 图 11 私有云计算平台系统架构 26 图 12 领域建模 28 图 13 资源模板 E R 图 29 图 14 订单管理 E R 图 30 图 15 用户管理 E R 图 32 图 16 服务实例 E R 图 33 图 17 功能模块分解图 35 图 18 服务模板主界面 47 图 19 服务模板操作流程 48 图 20 服务模板生命周期管理状态图 48 图 21 服务模板创建时序图 49 图 22 虚拟机服务模板创建时序图 49 图 23 服务目录管理主界面 52 X 图 24 服务目录定义时序图 52 图 25 订单管理主界面 55 图 26 订单提交时序图 55 图 27 订单人工审核时序图 56 图 28 订单处理流程 57 图 29 用户生命周期时序图 59 图 30 添加用户界面 60 图 31 添加用户组界面 61 图 32 添加角色界面 61 图 33 服务实例生命周期图 62 图 34 服务申请时序图 63 图 35 服务实例状态变迁图 64 图 36 服务申请界面 65 图 37 测试环境的网络结构图硬件环境 71 图 38 不同测试阶段的 Bug 数量趋势图 75 图 39 部署后的服务模板主界面 76 图 40 服务申请主界面 76 图 41 部署后的订单处理页面 77 图 42 重启虚拟机 77 表目录 表 1 CloudStack 功能 13 表 2 jQuery 的基础选择器表 17 表 3 资源池物理机配指表 18 表 4 模板相关数据库表 28 精品文档 XI欢迎下载 表 5 资源模板主表结构说明 29 表 6 订单管理相关数据库表 30 表 7 订单表结构说明 31 表 8 用户管理相关数据库表 31 表 9 用户表结构说明 32 表 14 服务实例相关数据库表 33 表 15 资源实例表结构说明 资源模板实例化 34 表 16 服务实例表结构说明 34 表 17 硬件测试环境 71 表 18 软件测试环境 71 表 19 功能测试 72 表 20 性能测试 74 表 21 私有云管理平台 BUG 汇总 74 精品文档 1欢迎下载1欢迎下载 第一章 绪论 1 1 课题背景与意义 随着企业 IT 系统的日益庞大和复杂化 服务器硬件资源的浪费显得越来越严重 企业通过建设私有云管理平台 可以根据各种业务应用系统的特性来综合调整资源的 分配 本课题通过论文需求与设计实现相结合的形式 对企业规划和部署私有云管理 平台提供理论依据和相应的解决方案 一 课题背景 传统的 IDC 业务 随着应用企业规模增加 数据规模增加 费用成本也在不断增 加 并且其资源利用率低下 负载难以预测 业务需求响应缓慢 运营管理日趋复杂 占用了企业大量的时间和精力 云计算所带来的基础设施服务产品云主机 通过按需付费模式 规模化和自动化 为客户在降低成本的同时提供了资源的按需弹性供应 快速支配和部署等功能 通过 屏蔽基础设施的复杂性 大大简化了运营管理成本 当我们想到云中的计算机资源时 我们通常想到的是公共云 如 Google 或 Amazon 以及国内的阿里云所提供的产品 其基础架构或应用程序通过 Internet 与世 界各地客户共享 但安全性和可用性仍然是需要解决的问题 这就是为什么越来越多 企业选择使用私有云 云计算已经被证明是企业的一个不错的选择 因为它可以降低成本 并产生灵活 性 成本节约由服务或 IT 计算机资源的标准化或自动化推动 标准化和自动化可以 降低运营成本 并解放 IT 人员 使他们更多地专注于为客户提供服务 而不是将精 力花在较少或没有增值的活动上 如分配磁盘空间或配置软件 二 选择私有云的意义 企业用户可以在公司内部尝试使用云计算来替代使用互联网交付的服务 私有云 就是你可以得到公有云服务所具有的扩展性和响应及时等优势 又无需将控制权 安 全性和恢复的成本交给服务提供商 Error No text of specified style in document Error No text of specified style in document 2 1 2 国内外研究现状 近几两年 各大企业对于云计算的兴趣高涨 ForresterResearch 的年度调查中 也显示出 企业对于私有云的兴趣正在增长 该项调查是在北美和欧洲进行的 有一 千家企业参与 2012 年 36 对私有云感兴趣 而 2013 年数字则涨到了 46 这个数 字在这项调查的其他分类中可谓是一次大的飞跃了 相比较而言公有云则是从 31 增加 到了 35 出现这种情况的主要原因是因为企业发现私有云能够很好地平衡企业的 IT 需求 提供了公有云的按需灵活性 还确保了私有环境的安全性 一切都保存在企业的防火 墙之后 而公有云的安全性仍旧是市场上讨论的比较热火朝天的话题 对大多数用户 来说 安全性可是个不小的问题 虽然降低成本是私有云计算发展的最大动力 但业内对于私有云计算价值的态度 也正在发生着转变 有不少企业把速度和灵活性作为私有云计算的主要红利 这个信 号并不仅仅意味着企业思想上的成熟 而且也是对业务需求更好的理解 中国云计算产业生态链的构建正在进行中 在政府的监管下 云计算服务提供商 与软硬件 网络基础设施服务商以及云计算咨询规划 交付 运维 集成服务商 终 端设备厂商等一同构成了云计算的产业生态链 为政府 企业和个人用户提供服务 从目前中国的实际应用情况来看 私有云占有主导地位 混合云次之 公有云市 场占有率最低 私有云在一定程度上具有安全性 服务质量 资源管理等方面的优势 同时还可以和现有的 IT 系统进行无缝集成 从基于局域网的本地系统向云计算平台迁 移 让企业在拓展业务的同时 逐步引入和体验云计算应用 不仅投入产出比高 而 且没有任何风险 因此 本课题选择私有云作为研究对象 设计和实现一个为企业提供方便 快捷 可靠性服务的私有云管理平台 1 3 总体研究工作 根据大型企业的业务需求 本课题的总体研究工作是设计和实现一个私有云管理 平台 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载 研究目标 将企业内部原本静态分配的 IT 基础设施抽象为可管理 易于调度 按 需分配的资源 把资源封装对外提供按需灵活使用各类 IT 资源的服务 满足各种业务 的运营 为用户提供简单 统一的管理平台 内置丰富的资源管理与交互功能 研究内容 设计和实现基于异构的 X86 服务器 物理机 小型机的私有云管理平 台 该平台面向内部 IT 支撑系统和业务平台的资源需求 为用户提供物理机 虚拟机 小型机 FC SAN 存储 分布式文件存储 日志详单类数据存储 公网 IP 地址 带宽 防火墙 负载均衡等资源服务 该平台负责私有云计算服务的运营 并对私有云计算 资源池系统以及其中的各类资源进行集中管理 1 4 论文结构说明 本论文分为七章 具体内容如下 第一章 绪论 本章介绍了私有云管理平台的课题来源与背景以及国内外研究现状的进展 第二章 系统需求 本章介绍了私有云管理平台的基本业务需求 以及在项目中需要克服的关键性问 题 第三章 相关技术介绍 本章介绍了私有云管理平台开发环境的具体情况 以及相关的技术 第四章 系统设计 本章围绕着需求分析 对系统进行设计 包括系统框架的设计和各子系统的设计 第五章 系统实现 本章介绍了私有云管理平台框架和各个子系统的实现结果 第六章 系统测试与部署 Error No text of specified style in document Error No text of specified style in document 4 本章介绍了私有云管理平台测试的目标 测试环境 测试方法 测试结果 第七章 总结与展望 本章对整个项目的工作进行了总结 介绍了本人的工作内容 及私有云管理平台 的发展的展望 1 5 本章小结 本章首先介绍了项目的课题来源以及背景 论述了运营商及电商对云平台功能定 制系统的迫切需求 运营商及电商面对日新月异的业务需求 提出随机应变的互联网 规划和发展战略 目前国内外的云计算平台难以满足特定运营商及电商的特殊需要 在这样的背景下 本章对私有云管理平台的功能和市场进行了分析 最后阐述了本论 文的目标 主要工作内容和全文的总体结构 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载 第二章 系统需求 本章将介绍本系统的用户需求 根据需求分析的结果 提出了系统的总体框架 本章还重点论述了要实现系统的功能所需要解决的关键技术问题 2 1 系统概述 中国移动私有云资源池将 IT 基础设施作为服务对外提供 通过硬件虚拟化 安全 隔离 集中管理和弹性资源调度等技术 将原本静态分配的 IT 基础设施抽象为可管理 易于调度 按需分配的资源 提供按需灵活使用各类 IT 资源的服务 要求支持多租户 不同的应用通过本平台提供的计算资源 存储资源和网络安全 方面支持 实现逻辑隔离资源共享 云平台运维人员 通过云管理平台软件 实现对 云平台资源的调配和监控 外部用户 通过云管理平台软件提供的自助门户 了解服 务使用情况 并进行自助操作 2 2 需求分析 通常从项目开发角度 软件需求被分为功能性需求和非功能性需求两大类 其中 功能性需求为了解决客户实际的问题 属于项目首要解决的问题 一切程序功能模块 的设计都将围绕着功能性需求展开 本项目中需求的获取是通过对准客户的调研并经 过市场分析人员的调查报告以及公司近年来对国内云计算行业专业知识的积累综合制 定的 而非功能性需求在目前阶段主要考虑到的是系统安全性 稳定性 面对灾难情 况的数据备份及恢复 系统运行效率等 这些需求不影响系统的使用功能 却对系统 运行的流畅程度 用户体验以及系统扩展和维护有着很大的影响 这往往也是提高软 件公司形象 在客户面前证明自己核心竞争力的关键 像很多软件公司一样 本系统的开发是以项目为起点 着重对国内的移动 电信 行业的有关公司的相关部门人员进行拜访咨询 并初步达成软件合作协议 在此基础 上逐步将该项目完善为产品 系统用户角色主要有 运营管理员 运维管理人员 普 通用户 部门管理人员等 随着合作的进一步深入 这些需求还将进一步扩大完善 2 3 功能性需求分析 2 3 1 系统主要模块用例图 Error No text of specified style in document Error No text of specified style in document 6 运维管理人员 订单管理 发布标准服务 用户权限管理 查询标准服务 标准服务订购 运营管理员自服务门户用户 订单查询 服务实例管理 创建服务模板 图图 1 1 私有云管理平台核心模块用例图私有云管理平台核心模块用例图 私有管理平台核心要解决的问题是动态数据中心解决方案 企业可以基于该方案 快速构建面向内部使用的私有云管理平台 服务提供商也可以基于该方案在短时间内 搭建云计算服务平台对外提供服务 即 服务模板管理 订单管理 服务订购管理 服务操作 用户权限管理 其他功能均围绕着这些主题进行 本论文着重对其中的用 户管理 包括用户 用户组 角色的管理及功能模块的分配 服务管理 创建服务模 板 发布标准服务 订单管理 包括订单审核 订单查询 资源管理 资源开通 资源操作 用例图如图 1 所示 下面是这四部分的需求详细描述 2 3 2 用户管理 用户管理模块主要功能包括用户新增 用户注销 用户信息修改 密码修改 密 码重置 设置用户状态 用户信息查询等 私有云平台的用户指中国移动公司内部用户 用户新增 根据私有云在中国移动范围的实际运用 所有用户的新增由该用户的运营管理员 进行新增 当管理员新增用户完成后 将相关账号 密码信息通过 Email 短信方式通 知给对应用户 用户密码支持静态密码 动态密码等方式 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载 用户属性应包括 用户编号 用户名 用户密码 用户角色 用户组 用户状态 部门 联系人 联系方式 地址等 用户注销 用户可通过云管理平台进行用户信息的注销 用户注销时 系统应确认该用户已退订所有资源 如该用户有订购业务 则提醒 用户先退订当前资源 再进行用户注销 用户注销后 系统用 Email 或短信的方式通知用户注销结果 设置用户状态 运营管理员可对用户的状态进行设置 可将用户状态设为挂起 禁止用户在平台 上进行业务申请等操作 并暂停其账户下的所有资源使用 用户挂起后也可将其状态 恢复为正常 用户组管理 用户组管理是指对用户按照级别进行分层次维护和管理的功能 用户组管理实现对云管理平台中的用户分类并分层管理 运营平台支持将操作员 划分为多个用户组 不同用户组的用户拥有不同的资源权限 角色管理 角色管理是指权限的集合分类 用户可以将权限添加到角色中 用于方便权限的 分配 权限管理 权限管理是指对云管理平台中的功能进行分层 统一访问控制 2 3 3 服务管理 服务管理是指根据服务目录类别对资源服务进行分级管理和显示 主要功能包括 1 支持资源服务的定义 修改 删除和查询 Error No text of specified style in document Error No text of specified style in document 8 2 支持服务目录的生成 发布 修改 删除 查询和导入导出 支持分级目 录管理 1 资源服务管理 资源服务管理支持资源服务的定义 修改 删除和查询 1 资源服务定义 资源服务定义主要功能包括 设置资源服务信息 资源服务信息包括服务名称 服务编号 服务等级和服务描 述等 资源服务不分层次 例如虚拟机 X86 物理机 小型机等 2 资源服务修改 可对已有的资源服务进行修改 如资源服务包含在已发布的服务目录中 修改后自动更新服务目录中相关信息 3 资源服务删除 可对已有的资源服务进行删除 如资源服务包含在已发布的服务目录中 给出警告提示 由操作人员确定是否删 除 如被删除 系统自动将服务目录中相应的资源服务删除 如该资源服务下包含用户在用资源 则系统禁止删除该资源服务 如该资源服务下包含资源模版 则系统禁止删除该资源服务 4 资源服务查询 运营管理人员可对资源服务进行查询 支持在搜索框通过检索语法进行关键字查 询 支持对关键字的精确查询和模糊查询 2 目录管理 精品文档 9欢迎下载9欢迎下载 服务目录管理支持服务目录的生成 发布 修改 删除 查询和导入导出 支持 分级目录管理 服务目录创建 服务目录创建主要功能包括 1 服务目录信息添加 包括目录编号 目录名称 目录级别等 2 生成服务目录树形列表 系统根据预定义的目录级别 生成相应的服务目 录树形列表 并以图形的方式展现给目录创建者 3 将服务目录和资源服务进行关联 系统自动更新服务目录树形列表 将已 关联的资源服务添加到服务目录中 4 支持按用户的权限级别进行对应资源服务级别的服务目录展示 服务目录修改 服务目录设计者可对服务目录的信息进行修改 修改过程中生成相应的系统日志 信息 服务目录删除 运营管理人员可将已有服务目录删除 主要功能要求如下 1 在删除服务目录时 系统自动检查是否有用户正在申请资源模板 如有用 户正在进行申请操作 系统给出告警提示 由操作人员决定是否继续删除 服 务目录删除后 自动向门户模块发送删除信息 2 在删除过程中能够生成相应的系统日志信息 服务目录查询 服务目录管理模块支持服务设计者 服务审批者和终端用户查询服务目录及其相 关属性 2 3 4 订单管理 Error No text of specified style in document Error No text of specified style in document 10 订单管理功能处理用户的资源订购请求 用户的资源订购请求通过审批流程进行 审批 审批结果自动通过电子邮件或短信等形式通知用户 审批通过后系统将用户订 单分解为定单 并传送给资源池系统 由资源池系统按定单资源描述进行实例化 生 成用户所订购的资源 并通过电子邮件或短信等形式将资源信息 如 IP 地址 管理员 口令等 通知用户 订单管理功能应能够对审批流程进行全局的启用或停用设置 以控制用户的资源 订单必须通过审批或者可不通过审批来获得所需资源 订单管理应包含以下功能模块 1 订单申请 订购申请包括 新增订单 和 撤回订单 两个功能 新增订单 用户可通过云管理平台的自服务门户 根据需求选择所需资源 并确定相关 属性 订购数量 订购有效期 系统进行资源可用性检查和资源依赖关系检查后 提交订单 支持选择已有的资源模板 用户自定义模板等方式 撤回订单 2 订单查询 订单查询是对订单相关信息进行查询的功能 用户可通过订单查询功能 查询已申请的资源订单信息及状态 3 订单到期提醒 对于将要到期的订单 系统应提前对用户通过邮件或短信发送提醒 提醒提前时 间和次数可由系统进行设置 如提前一个月提醒一次 提前一周再提醒一次 4 续订订单 精品文档 11欢迎下载11欢迎下载 用户收到订单到期提醒后 可对此订单进行续订 设置新的有效期 5 订单取消 对于已申请的资源 用户可通过订单管理功能 取消已申请的资源 或者由云管 理平台管理员进行手工取消 6 订单审批 订单管理应包含审批功能 用以处理用户申请 并且此审批流程应可以全局启用 或禁用 订单审批包含以下功能 订单批复 对新增或者修改的订单申请进行审批 管理人员应对用户订单进 行可用资源检查 如果未通过审批 审批人员提供审批意见 并通过系统通 知用户 审批结果通知 系统应把审批结果自动通过电子邮件或短信方式通知用户 如审批时间 是否通过审批 审批意见 如果未通过审批 审批流程启用 停用 审批流程应能够全局的启用或者禁用 以使系统可适 应不同的应用场景 使用户的资源订购必须通过审批或者不通过审批即可自 动获得所需资源 可用资源检查 检查现有资源空闲状态 判断其能否满足新增订购申请对资 源的需求 如果能满足 则进行后续处理 否则返回给用户错误信息 可用 资源检查基于资源池系统上报的资源数据决定资源是否可被分配 2 3 5 资源管理 1 资源开通管理 资源开通管理根据用户订单或变更单实现资源申请 更改以及取消等功能 资源 开通管理功能将用户订单或变更单分解为定单 通过资源管理接口发送给资源池系统 并将执行结果返回给调用模块 资源的开通 变更 取消需用支持智能的联动判断和 向导支持 Error No text of specified style in document Error No text of specified style in document 12 2 资源操作管理 资源操作管理根据用户对资源的操作请求实现资源操作功能 资源操作管理功能 将用户资源操作请求解析为资源池系统可执行的原子操作流 生成相应的资源池指令 消息 通过资源管理接口向资源池系统发送指令 并将执行结果返回给调用模块 3 资源模板管理 提供创建 修改 删除 查询资源模板等功能 并提供设置资源模板的状态的功 能 不允运营管理人员删除正在使用中 指存在由该资源模板生成的资源 的资源模 板 资源池系统也保存与云管理平台一致的资源模板信息 当云管理平台收到申请资 源的请求时 只需将资源模板编号在接口中传送给资源池系统 资源池系统即可根据 资源模板编号和资源申请参数来创建资源 4 资源容量管理 资源容量管理对用户资源使用情况进行管理 包含资源已经使用容量 可使用容 量情况 2 4 非功能性需求 2 4 1 性能需求 为了保证私有云管理平台能够满足业务和服务质量的需要以及能够可靠地运行 应具有以下的性能指标 1 私有云管理平台的处理能力不小于 500 次 秒 2 从收到请求消息到发出响应消息的时间应小于 5s 2 4 2 可扩展性要求 随着对性能要求不断提高 私有云管理平台要满足各功能模块的扩展 以提高系 统的处理性能 私有云管理平台的扩展要求支持处理能力的动态在线扩容 以节点为 单位实施扩容 并且要求在动态扩容期间服务不中断 精品文档 13欢迎下载13欢迎下载 私有云管理平台的系统级可扩展性应满足电信级要求 软件架构的可扩展性 在软件架构设计上需要从接口兼容性设计 功能特性兼 容性上保证软件的可扩展性 数据库的可扩展性 在大数据量表设计 表和字段设计 SQL 语句设计规范上 保证数据库设计的可扩展性 业务处理能力的扩展性 私有云管理平台可通过增加相关的硬件等方式增加业 务容量 业务存储能力的扩展性 私有云管理平台存储能力可扩容 且不影响业务运行 业务功能的扩展性 私有云管理平台可通过升级软件 系统扩充 增加外部连 接设备等方式进行业务功能的增加 要求业务功能增加的同时不影响已有业务 功能的使用 如果需要私有云管理平台的重启 则重启时间不得超过 1 小时 2 5 本章小结 本章主要阐述了私有云管理平台具体功能和业务的需求 根据需求初步形成了系 统的总体框架 并详细分析了系统在设计与实现过程中将要解决的关键技术问题 即 解决网络负载过高 脆弱性和低可扩展性等三个问题 通过详细的需求分析 本章为 系统的设计奠定基础 Error No text of specified style in document Error No text of specified style in document 14 第三章 项目开发中涉及的相关技术 本章将详细介绍项目开发过程中涉及到的技术 主要包括云平台实现技术 虚拟 化环境安装 各平台与 CloudStack 交互 3 1 云平台实现技术 本课题的技术选型方面主要考虑开源 跨平台和稳定性三个方面 3 1 1 CloudStack 简介 私有云从逻辑架构上可以大致划分为四个层次 分别是 虚拟化 Hypervisor 层 虚拟化基础设施管控接口层 虚拟化基础设施管理和云接口层 虚拟化 Hypervisor 层和虚拟化基础设施管控接口层目前已经比较成熟 虚拟化基 础设施管理层目前比较成熟的开源产品主要有 CloudStack 和 OpenStack CloudStack 的平台成熟度要优于 OpenStack CloudStack 的用户体验及安装容易 度也都比 OpenStack 要好 并已在更具生产实际的环境中得到了充分验证 因此资源管理平台选择开源软件 CloudStack 系统 用于对主机 网络 存储等物 理资源的整合和管理 并向运营管理平台提供虚拟化管理的接口 精品文档 15欢迎下载15欢迎下载 图图 2 2 CloudStackCloudStack 系统架构系统架构 CloudStack 是一个开源的基础设施即服务 IaaS 技术解决方案 并且采用 Java 语言编写 采用了 框架 插件 的系统构架 通过不同的插件来提供对不同虚拟化 技术的支持 比如对于标准的 Xen KVM 计算节点 CloudStack 可以在计算节点上安 装 Agent 与控制节点进行交互 对于 XenServer VMWare 计算节点 CloudStack 则 通过 XenServer VMWare 所提供的 XML RPC 远程调用接口与计算节点进行交互 表表 1 1 CloudStackCloudStack 功能功能 名称 CloudStack 服务层次 IaaS 授权协议 Apache 2 0 许可证不需要 动态资源调配主机 Maintainance 模式下自动迁移 VM VM 模板支持 Error No text of specified style in document Error No text of specified style in document 16 VM Console 支持 开发语言 Java 用户界面Web Console 功能较完善 负载均衡 软件负载均衡 Virtual Router 硬件负 载均衡 虚拟化技术 XenServer vCenter KVM Bare Metal 最小化部署一管理节点 一主机节点 支持数据库 MySQL 组件 Console Proxy VM Second Storage VM Virtual Router VM Host Agent Management Server 网络形式Isolation VLAN Share 版本问题版本发布稳定 不存在兼容性问题 VLAN 不能 VLAN 间互访 在 CloudStack 的系统架构中 硬件设备是指服务器 网络 存储 虚拟化层指的 是 hypervisor ESXi Xenserver KVM 等 CloudStack 包含两类节点 一类称作 CloudStack 管理服务器 此类节点中的服务器在系统中充当资源管理者 的角色 它控制着每个资源节点上的虚拟机资源分配 管理着每个帐户的公网和内网 IP 地址分配 虚拟硬盘镜像的存储空间分配 提供了管理员和用户访问的 web 界面 CloudStack 平台对外的 API 接口 是整个云环境配置的中心 下图是一个典型的管理服务器机群架构 精品文档 17欢迎下载17欢迎下载 图图 3 3 管理服务器机群架构管理服务器机群架构 另一类节点称作 CloudStack 资源主机 此类节点是提供虚拟机资源的服务器 包 括虚拟机需要的所有 CPU 内存 存储和网络资源 各资源主机可以位于不同地理位置 的不同数据中心 之间通过高速网络互联互通 可以具有不同的规格 如不同的 CPU 速度 不同的内存大小等等 一般采用高性能通用的 x86 服务器 自身相对可靠 服 务器需要被分组成资源域 Zones 机柜 Pods 和集群 Clusters 图图 4 4 虚拟机 卷 快照 模板的关系图虚拟机 卷 快照 模板的关系图 结合图说明一下虚拟机 卷 快照 模板之间的关系 卷是一个虚拟机的存储单 元 可存放虚拟机镜像或数据 卷需要存放于主存储设备上 卷的快照就是对当前卷 的拷贝 一个虚拟机必须有一个系统卷 可以附加一个或多个数据卷 类似于 EBS 而 且不同的 Hypervisor 的卷格式不同 快照是卷 虚拟机磁盘 的某一事件点的备份 CloudStack 只支持卷的快照 还不支持内存和 CPU 快照 进行快照时不需要停止虚拟 机 存放在二级存储上 目前版本的 CloudStack 提供两种方法恢复快照 一用快照创 Error No text of specified style in document Error No text of specified style in document 18 建卷 挂载到虚拟机上 二用快照创建模板 再用这个模板创建虚拟机 模板是指一 种虚拟机磁盘镜像 可以根据它来实例化出一个虚拟机 模板可以预装各种不同的操 作系统或应用程序 模板可以从卷创建 也可以从 ISO 镜像创建 模板存放在二级存 储上 并且不同的 Hypervisor 的模板格式也不相同 3 1 2 MVC 架构实现 私有云管理平台通过逻辑视图自下而上划分概念分层模型为 数据库 云操作系 统接口层 数据访问层 持久层和适配接口 业务逻辑层 表现层以及业务支持框架 Struts Spring 多层结构 业业务务逻逻辑辑 表表现现层层 业业务务支支持持框框架架 持持久久层层 云云操操作作系系统统接接口口层层 适适配配接接口口 数据访问层 业务逻辑层 表现层 数据存储 图图 5 5 云平台自服务门户逻辑视图云平台自服务门户逻辑视图 在表现层的页面中 大量运用 Ajax 和 JSON 技术 Ajax 是一种用于创建更好更快以及交互性更强的 Web 应用程序的技术 通过 Ajax 客户端的 JavaScript 能够使用 JavaScript 的 XMLHttpRequest 对象来直接与 服务器进行通信 因此客户端的 JavaScript 可在不重载页面的情况与 Web 服务器之 间使用异步数据传输 HTTP 请求 交换数据 因而可使网页从服务器请求少量的信息 而不是整个页面 可使 Web 应用程序更小 更快 更友好 新近热门的 JSON JavaScript Object Notation 是一种轻量级的数据交换格式 易于人类阅读和编写 同时也易于机器解析和生成 它相对于 XML 的复杂和庞大 因 此很容易作为一种理想的数据交换格式 被频繁的应用在客户端与服务器的通信过程 精品文档 19欢迎下载19欢迎下载 中 JSON 数据在传递过程中 其实就是传递一个普通的符合 JSON 语法格式的字符串而 已 所谓的 JSON 对象 是指对这个 JSON 字符串解析和包装后的结果 图图 6 6 MVCMVC 流程示意图流程示意图 在 Struts Spring 的 MVC 模型中 St