云基础及其运维 8

私有云基础架构与运维项目1OpenStack云计算项目需求与分析本项目通过对“某企业云平台搭建项目”的需求和背景进行分析，确定其实现的技术手段，提出了OpenStack技术的作用和特点、应用场景和应用现状，重点选择和设计了针对本项目所采用的OpenStack网络架构，并详细描述了设计、实现该项目所采用的项目实施步骤，为后续项目的具体实施奠定基础。1．知识目标（1）理解云计算的应用背景；（2）掌握OpenStack技术的特点；（3）掌握OpenStack云平台系统架构的相关知识；（4）掌握OpenStack云平台项目实施步骤。2．技能目标（1）具备理解企业项目背景，合理进行项目需求分析的能力；（2）具备选择和规划项目架构的能力；（3）具体合理设计、实现项目实施步骤的能力。3．素质目标（1）具有良好的科技文献信息检索和技术文档阅读的能力；（2）具有整合和综合运用知识分析问题和解决问题的能力；（3）具有较强的集体意识和团队合作的能力；（4）具有触类旁通、举一反三的能力。学习目标学习导图目录任务1.1规划项目实施步骤和流程任务1.2分析项目需求和背景任务1.3设计企业项目总体目标任务1.4企业项目技术选择任务1.5初识OpenStack云计算技术任务1.6部署项目基本实训环境任务1.1规划项目实施步骤和流程1．项目立项项目立项主要由项目经理组织项目团队人员进行项目启动会议，说明项目的背景和基本情况，其主要目的是要项目组成员明确项目的情况。除此之外，该阶段要完成两件事，第一是成立项目团队，组建包含项目经理、技术人员、业务分析师等角色的项目团队，明确各成员的职责和任务。第二是制定项目计划，制定项目的开发计划、风险计划、上线计划、验收计划等，确保项目能够按计划顺利进行、准时交付，各过程可控。2．需求分析需求分析阶段由产品经理根据项目的情况进行需求分析，与企业各部门沟通，收集和整理用户对项目的具体需求，包括存储、计算、网络、安全等方面的要求。对收集到的需求进行整理和分析，形成详细的需求文档。通过需求文档分析企业现有的IT基础设施和业务需求，确定完成项目所需支持的功能和性能要求。明确企业项目目标，如提高IT资源利用率、降低成本、增强业务连续性等。规划项目实施步骤和流程3．系统设计由开发经理组织相关的开发团队进行研发设计，该阶段要完成项目平台的设计整体架构，包括物理架构和逻辑架构，确保架构的可用性、伸缩性和安全性。同时，根据需求分析结果，选择合适的项目平台所需要的技术栈，包括虚拟化技术、容器化技术、数据库系统等。然后，根据需求分析和技术架构，设计云平台的详细架构，包括组件划分、服务定义、接口设计等。最后，项目团队，根据系统设计制定详细的实施方案，包括硬件设备采购、软件系统搭建、数据迁移、应用迁移和优化等步骤。4．采购与部署根据前期的项目设计方案，项目团队采购所需的服务器、存储设备、网络设备等硬件设备。搭建项目所需的软件系统，如：安装和配置操作系统、虚拟化平台、云管理平台等软件系统。同时部署项目平台，包括部署项目平台的各个组件和服务，确保系统能够正常运行。规划项目实施步骤和流程5．数据迁移与应用优化当项目平台搭建好后，可以将企业原有的数据迁移至新的项目平台，确保数据的完整性和安全性。项目团队制定数据备份和恢复策略，以防数据丢失或损坏。除了数据的迁移外，还需要将企业现有的应用程序迁移至新的项目平台，并进行必要的优化和调整，以提升性能和用户体验。6．测试与验收本阶段项目团队要对项目平台进行全面的测试，包括功能测试、性能测试、安全测试等，确保系统符合设计要求和用户需求。通过测试后，项目团队就可以根据项目验收计划组织项目验收会议，邀请企业相关部门和专家对项目平台进行验收，同时要撰写验收报告，总结项目成果和存在的问题，并提出改进建议。规划项目实施步骤和流程7．运维与支持一个完善的优质项目步骤，是离不开后期的项目运维和技术支持的，项目售后团队要对项目平台进行日常的监控和维护，确保系统的稳定性和安全性。定期进行系统更新和升级，以适应业务发展和技术变化。同时，还要为企业提供必要的技术支持、培训和服务，解决在使用过程中遇到的问题和困惑。通过规划全面的、完善的项目步骤和流程，企业可以高效地搭建一个稳定、可靠、安全的网络项目平台，为企业的数字化转型提供强有力的支持。本书将按照一个完整的企业网络项目平台搭建的步骤和流程进行展开，选择关键核心步骤详细讲解。最终会呈现给大家一个完整的企业网络搭建项目。规划项目实施步骤和流程任务1.2分析项目需求和背景1．资源利用率低，硬件成本高传统IT系统往往因为配置固定、无法动态调整而导致资源利用率低。例如，服务器可能在大部分时间内都未充分利用其计算能力或存储空间，平均只有资源总容量的10%到15%得到了利用，资源浪费严重。尽管如此，传统网络为了满足某一时间段波动上涨的业务需求，又不得不购买大量的服务器、存储等硬件设备，花费了高昂的成本，但在其余大部分时间段，这些硬件却都处于空闲或者处于低效率运行状态。2．业务快速响应能力弱，上线周期长面对企业业务的快速拓展和不断更新变化，传统IT系统往往难以快速响应。例如，当业务需求激增时，就需要花费大量时间和金钱来升级硬件设备，而新购进的硬件设备，还需要大量的人力和时间成本进行部署，这就导致了传统IT系统的部署和上线周期较长，难以快速抓住市场机会。1.2.1企业传统IT系统存在的问题3．数据安全性差，隐私保护不足传统IT系统所采用的技术架构和协议相对比较落后。比如，未采用或仅采用较弱的加密技术来保护数据，缺乏严格的访问控制和身份认证机制等等。这些问题都会在面对现代网络各种安全威胁攻击手段时力不从心。4．系统运维和管理效率低传统网络部署中不同的应用系统和基础设施之间因为信息孤岛问题，缺乏统一的监控、管理和配置平台。系统问题的发现和解决通常依赖于用户的反馈或定期的巡检，甚至问题的记录都是依赖大量手动操作和纸质文档，这些系统运维和管理方式使得故障排查、性能优化和资源分配变得复杂且耗时。1.2.1企业传统IT系统存在的问题5．系统扩展和迁移难度大传统IT系统在系统扩展和迁移上都存在很大的难度，具体问题涉及到硬件资源的限制、软件架构不够灵活、数据迁移复杂性和风险性高、迁移系统应用兼容性差、复杂的集成与接口、安全与合规性以及运维挑战等多个方面。1.2.1企业传统IT系统存在的问题1．基础设施需求分析计算资源：CPU、内存、存储等资源的配置与扩展能力。

网络资源：高速、稳定的网络连接，支持多租户网络隔离。物理设施：数据中心选址、机架空间、电力供应、冷却系统等。2．平台功能需求分析自动化部署：支持快速部署和配置虚拟机、容器等计算资源。弹性伸缩：根据业务需求自动调整资源规模。高可用性与容错：确保关键业务应用的持续运行，减少单点故障。安全管理：身份认证、访问控制、数据加密、安全审计。监控与运维：实时监控平台状态，提供故障预警和快速恢复机制。多云与混合云支持：支持跨不同云服务商的资源和服务的集成与管理。1.2.2项目需求分析3．业务应用需求分析应用迁移：把现有应用系统迁移到新项目平台上，制定迁移策略与方案。新应用开发：新平台需要支持微服务架构、DevOps等现代软件开发实践。数据服务：新平台需要数据库服务、大数据分析、机器学习等支持。1.2.2项目需求分析任务1.3设计企业项目总体目标1．资源统一整合、共享要求能够整合并统一管理各类软硬件资源，包括服务器、存储设备、网络设备等，实现资源的集中化、池化管理。确保资源能够按需分配、灵活调度，满足不同业务场景下的资源需求，实现高度的资源共享。实现建设集约化、信息共享化、服务标准化、效益最大化。2．更高的可靠性和可用性通过部署云平台，利用平台高可用、热迁移、资源备份等技术和机制，确保核心业务的连续性，避免传统IT单点故障导致的业务不可用。同时，要求平台具备高可用性和容错能力，能够在系统故障时自动切换到备用资源，减少服务中断时间。设计企业项目总体目标3．可弹性和按需扩展要求云计算平台具备高效的处理能力和可扩展性，能够应对用户不断增长的需求，确保在高并发、大数据量等场景下仍能保持稳定的性能。同时，实现即需即用、灵活高效的使用IT资源，并且能够按需购买，避免过度投资，避免资源浪费。4．安全性和规范性部署安全可控的基础架构平台，提供平台的安全防护，包括数据加密、访问控制、防火墙等措施，确保数据在传输和存储过程中的安全，保证业务系统的网络安全、数据安全。同时，按照《中华人民共和国网络安全法》、《中华人民共和国个人信息保护法（草案）》、《国家信息化领导小组关于我国电子政务建设指导意见》、《国家信息化领导小组关于加强信息安全保障工作的意见》等国家法律法规进行规范性施工建设。设计企业项目总体目标5．可管理性与易维护性构建统一的资源管理平台，提供直观、易用的管理界面和工具。同时，通过云平台建立统一的运营运维体系，实现通过统一控制台进行资源和系统的监控管理，支持自动化运维和智能监控，降低运维成本，提高运维效率。设计企业项目总体目标任务1.4企业项目技术选择云计算的概念来自于戴尔（Dell）的数据中心解决方案、亚马逊（Amazon）的EC2（ElasticComputeCloud）产品和Google-IBM的分布式计算项目。云是对动态、可变的互联网的一种比喻，云计算设计的初衷是将计算能力放在庞大、分布广泛的互联网上，利用庞大的互联网资源实现业务的分布式和并行处理，从而实现资源的共享和灵活多变的部署。从技术角度来定义，云计算是分布式计算（DistributedComputing）、并行计算（ParallelComputing）、效用计算（UtilityComputing）、网络存储（NetworkStorageTechnologies）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（LoadBalance）、热备份冗余（HighAvailable）等技术发展融合的产物，通过网络将大量分布式计算资源集中管理起来，实现并行计算，并通过虚拟化技术形成资源池，为用户提供计算资源按需、弹性分配，极大地提高了IT资源的效能。1.4.1云计算技术选择1．超大规模系统架构云计算可以具有“无限”的规模，比如Google、Amazon、IBM、微软、Yahoo、阿里云等，分布在全世界的大量云数据中心已经拥有超过几百万台服务器，而且随着业务的扩展仍在不断地扩张。因此，云计算通过分布式计算和并行计算等技术，赋予用户前所未有的计算能力和数据处理能力。2．虚拟化资源管理云计算支持用户在任意位置、使用各种终端（如移动互联网终端等）获取云提供的服务。这些资源通过虚拟化处理技术创建服务器、存储和网络等资源池，用户如同在超市购物一样，按照所需从这些资源池中选购相应的资源，构建属于自己业务需要的虚拟化运行系统。1.4.1云计算技术选择3．高可靠性和高可用性云计算采用了容错、灾备、热备等技术措施，实现计算的高可靠性和高可用性，从而保障业务的不间断、安全处理。4．通用性由于云计算系统架构具有开放性、兼容性、跨平台、虚拟化等特点，云平台上的软硬件与应用松耦合而不进行固定捆绑，因此，在同一个“云”的天空中，可以同时支持不同的业务应用。1.4.1云计算技术选择5．高可扩展性与负载均衡云计算具有弹性可伸缩等特点，可根据业务需求扩展或压缩运行规模；也可以根据业务处理的需要实现不同计算节点的负载均衡，充分发挥分布式云计算资源的效能。6．高性价比云计算可以充分发挥云上大量廉价的计算节点，实现业务的分布式处理，用户无需关注云资源的具体分布，通过云平台实现业务自动化分发和集中，企业会大大减低日益高昂的数据中心管理成本，使资源的利用率较之传统系统架构大幅提升，大大提高了系统建设和应用的性价比，同时缩短了业务扩展的时间成本。例如，在很短的时间内创建虚拟机的形式，即可构建出一套新的业务应用环境。1.4.1云计算技术选择7．更多的数据安全问题云计算系统与传统网络系统存在同样的安全问题，并且由于企业业务数据可能建立在第三方云计算平台上，数据存储可能分布在不同的物理位置上，专业管理团队一般外包给云服务提供商，云计算存在更大的数据安全风险。这需要通过立法、管理措施、安全认证以及数据安全技术等措施来加强云计算软硬件和数据的安全管理。1.4.1云计算技术选择1．公有云公有云通常由第三方运营，用户不需要自己构建硬件、软件等基础设施和后期维护，用户以付费的方式根据业务需要弹性使用IT分配的资源，使用互联网终端或移动互联设备接入使用。公有云面向众多用户，以低廉的价格提供相应的服务，如同日常生活中按需购买使用的水、电一样，用户可以方便、快捷地享受服务。公有云可以根据个人和企业的实际需求来租用相应的产品，租用简单、方便，一次性投入成本较低，适合于对安全性要求不高的中小企业。1.4.2云计算的部署模式2．私有云私有云是一个企业或组织专用的云服务平台。私有云在物理上位于组织内部的云数据中心，也可委托第三方专业机构负责运维，但是在私有云中，服务和基础结构始终在私有网络上进行维护，硬件和软件专供组织使用。这样，私有云可使组织更加方便地自定义资源，从而满足特定的内部IT需求。私有云的使用对象通常为政府机构、金融机构以及其他具备业务关键性运营且希望对环境拥有更大控制权的中型到大型组织。1.4.2云计算的部署模式3．混合云混合云是公有云和私有云两种服务方式的结合。由于安全和控制原因，并非所有的企业信息都能放置在公有云上。企业在私有云搭建好自后，由于业务发展等原因，资源需求量超过了资源池，同时也为了节省投资、运维成本等原因，将同时选择使用公有云和私有云。比如，12306火车站管理系统分为火车票订票系统和火车票查询系统两部分。其中，火车票订票系统要求很高的安全性和私密性等，因此，搭建在企业的私有云上；火车票查询系统访问量大，安全性要求不高，搭建在阿里云的公有云上。1.4.2云计算的部署模式1．IaaS（基础设施即服务）

IaaS服务模式将数据中心、基础设施等硬件资源通过Internet分配给用户，通过虚拟机访问的形式为用户服务。云计算厂商负责管理虚拟机的生命周期，包括创建、修改、备份、启停、销毁等，用户从云平台获得一个已经安装好镜像（包含操作系统等软件）的虚拟机。企业或个人用户通过远程访问云计算资源，包括计算、存储以及应用虚拟化技术所提供的相关功能。无论是最终用户、SaaS提供商，还是PaaS提供商都可以从IaaS中获得应用所需的计算能力。目前具有代表性的IaaS服务产品有亚马逊（Amazon）的EC2云主机和S3云存储，以及RackspaceCloud等，国内主要有阿里云和百度云服务等。1.4.3云计算服务模式2.PaaS（平台即服务）

PaaS将一个完整的计算机平台，包括应用设计、应用开发、应用测试和应用托管，都作为一种服务提供给用户。也就是说，PaaS提供的服务是应用的运行环境和一系列中间件服务（如数据库、消息队列等）。云计算厂商负责保证这些服务的可用性和性能。在这种服务模式中，用户不需要购买硬件和软件，只需要利用PaaS平台，就能够创建、测试、部署应用和服务，与基于数据中心的平台进行软件开发和部署相比，费用要低得多，这是PaaS的最大价值所在。目前PaaS的典型实例有微软的WindowsAzure平台、Facebook的开发平台、GoogleAppEngine、IBMBlueMix，以及国内的新浪SAE等。1.4.3云计算服务模式3.SaaS（软件即服务）

SaaS是一种通过Internet提供软件服务的云服务模式，用户无须购买或安装软件，而是直接通过网络向专门的提供商获取自己所需要的、带有相应软件功能的服务。提供商直接提供应用服务，主要面向软件的最终用户，用户无须关注后台服务器和运行环境，只需关注软件的使用。SaaS的应用范围很广，如在线邮件服务、网络会议、网络传真、在线杀毒等各种工具型服务，在线CRM、在线HR、在线进销存、在线项目管理等各种管理型服务，以及网络搜索、网络游戏、在线视频等娱乐性应用。微软、Salesforce等各大软件公司都推出了自己的SaaS应用，用友、金蝶等国内软件公司也推出了自己的SaaS应用。1.4.3云计算服务模式采用的服务模式不同，云计算平台提供的资源不同，用户的参与度也不同，不同云服务模式的资源部署如图所示。其中，深色框中的资源由云计算平台提供，浅色框中的资源由用户自己部署和管理。IaaS的使用者通常是数据中心的系统管理员，需要关心虚拟机的类型（OS）和配置（CPU、内存、磁盘存储），并且负责部署上层的中间件和应用软件。PaaS的使用者通常是应用的开发人员，只需专注应用的开发，并将自己的应用和数据部署到PaaS云环境中。SaaS的使用者通常是应用的最终用户，只需登录并使用应用，无须关心应用使用什么技术实现，也不需要关心应用部署在哪里。有人将IaaS、PaaS和SaaS分别称为系统云、开发云和用户云。1.4.3云计算服务模式1．OpenStack

OpenStack是一个提供laaS开源解决方案的全球性项目，由Rackspace公司和美国国家航空航天局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，NASA）共同创办，采用了Apache2.0许可证，可以随意使用。OpenStack并不要求使用专门的硬件或软件，可以在虚拟系统或裸机系统中运行。它支持多种虚拟机管理器（如KVM和XenServer）和容器技术。OpenStack适应不同的用户，既面向为客户部署laaS的服务提供商，又面向为项目团队和各部门提供私有云服务的企业IT部门。OpenStack既可与Hadoop协同运行以满足大数据要求，又可纵向和横向扩展以满足不同的计算要求，还可提供高性能计算以处理密集的工作负载。2．OpenNebula

OpenNebula可为云计算提供丰富的功能集，它也采用Apache2.0许可证。该项目力求开发先进的、自适应的虚拟化数据中心和企业云，注重云计算软件的稳定性和质量。1.4.4选择云计算平台3．Eucalyptus

Eucalyptus可提供完整的laaS解决方案，包括云控制器、持续性数据存储、集群控制器、存储控制器、节点控制器和可选的VMware代理，每个组件都是一种独立的Web服务，旨在为每种服务提供应用程序接口（ApplicationProgrammingInterface，API）。这种基于Linux操作系统开发的云计算平台让用户可以使用基于行业标准的模块化框架，在现有的基础设施里部署私有云和混合云。Eucalyptus社区版采用的是GPLv3授权协议，无须许可证；而企业版需要授权，要在云控制器上安装许可证。4．CloudStack

CloudStack的核心是用Java编写的云平台解决方案，可以与XenServer／XCP、KVM、Hyper-V和VMware上的主机协同运行，被许多提供商选择用来为客户部署私有云、公有云和混合云等解决方案。CloudStack的授权与Eucalyptus类似。1.4.4选择云计算平台任务1.5企业项目技术选择

2010年7月，Rackspace（美国的一家云计算厂商）和NASA（NationalAeronauticsandSpaceAdministration）美国国家航空航天局合作，分别贡献出Rackspace云文件平台代码（Swift）和NASA的计算源码（Nova），并以Apache许可证开源发布了OpenStack，OpenStack由此诞生。

经过几年的发展，OpenStack现已成为一个广泛使用的业内领先的开源项目，提供部署私有云及公有云的操作平台和工具集，并且在许多大型企业支撑核心生产业务。1.5.1OpenStack的起源

OpenStack项目旨在提供开源的云计算解决方案以简化云的部署过程，其实现类似于AWSEC2和S3的laaS。其主要应用场合包括Web应用、大数据、电子商务、视频处理与内容分发、大吞吐量计算、容器优化、主机托管、公有云和数据库等。Open意为开放，Stack意为堆栈或堆叠，OpenStack是一系列软件开源项目的组合，包括若干项目，每个项目都有自己的代号（名称），包括不同的组件，每个组件又包括若干服务，一个服务意味着运行的一个进程。这些组件部署灵活，支持水平扩展，具有伸缩性，支持不同规模的云计算管理平台。1.5.1OpenStack的起源1.5.1OpenStack的起源项目名称服务功能Horizon仪表板(Dashboard)提供一个与OpenStack服务交互的基于Web的自服务网站，让最终用户和运维人员都可以完成大多数的操作。例如，启动虚拟机分配IP地址、动态迁移等。Nova计算(Compute)部署与管理虚拟机并为用户提供虚拟机服务，管理OpenStack环境中计算实例的生命周期，按需响应，包括生成、调试、回收虚拟机等操作。Neutron网络(Networking)为OpenStack其他服务提供网络连接服务，为用户提供API定义网络和接入网络，允许用户创建自己的虚拟网络并连接各种网络设备接口。它提供基于插件的架构，支持众多的网络提供商和技术。Swit对象存储(ObjectStorage)一套用于在大规模可扩展系统中通过内置冗余及高容错机制实现对象存储的系统，允许进行存储或者检索文件。可为Glance提供镜像存储，为Cinder提供卷备份服务。Cinder块存储(BlockStorage)为运行实例提供稳定的数据块存储服务，它的插件驱动架构有利于块设备的创建和管理，如创建卷、删除卷，在实例上挂载和卸载卷等。Keystone身份服务(IdentityService)为OpenStack其他服务提供身份验证、服务规则和服务令牌的功能，管理Domains、Projects、Users、Groups、Roles。Glanoe镜像服务(ImageService)一套虚拟机镜像查找及检索系统，支持多种虚拟机镜像格式（AKI、AMI、ARI、ISO、QCOW2、RAW、VDI、VHD、VMDK），有创建镜像、上传镜像、删除镜像、编辑镜像基本信息的功能。Ceilometer测量(Metering)像一个漏斗一样，能把OpenStack内部发生的几乎所有的事件都收集起来，并为计费和监控以及其他服务提供数据支撑。Heat部署编排(Orchestration)提供了一种通过模板定义的协同部署方式，实现云基础设施软件运行环境（计算、存储和网络资源）的自动化部署。Trove数据库(Database)为用户在OpenStack的环境中提供可扩展和可靠的关系及非关系数据库引擎服务。Sahara数据处理(DataProcessing)为用户提供简单部署Hadoop集群的能力，如通过简单配置迅速将Hadoop集群部署起来。最初作为免费的开源软件项目，OpenStack由一个名为OpenStackCommunity的社区开发和维护，来自世界各地的云计算开发人员和技术人员共同开发、维护OpenStack项目。与其他开源的云计算软件相比，OpenStack在控制性、兼容性、灵活性方面具备优势，它有可能成为云计算领域的行业标准。（1）控制性。作为完全开源的平台，OpenStack为模块化的设计，提供相应的API，方便与第三方技术集成，从而满足自身业务需求。（2）兼容性。OpenStack兼容其他公有云，方便用户进行数据迁移。（3）可扩展性。OpenStack采用模块化的设计，支持各主流发行版本的Linux，可以通过横向扩展增加节点、添加资源。（4）灵活性。用户可以根据自己的需要建立基础设施，也可以轻松地为自己的群集扩大规模。OpenStack项目采用Apache2许可，意味着第三方厂商可以重新发布源代码。（5）行业标准。众多IT领军企业都加入了OpenStack项目，意味着OpenStack在未来可能成为云计算行业标准。1.5.1OpenStack的起源1.5.2OpenStack的版本演变

OpenStack第1个正式版本发布，其代号为Austin。第1个正式版本仅有Swift和Nova（对象存储和计算）两个项目。起初计划每隔几个月发布一个全新的版本，并且以26个英文字母为首字母，以A到Z的顺序命名后续版本。2011年9月，其第4个版本Diablo发布时，定为约每半年发布一个版本，分别是当年的春秋两季，每个版本不断改进，吸收新技术，实现新概念。2010年10月2019年10月发布的第20个版本Train除了支持更多的人工智能和机器学习外，还改进了资源管理并增强了安全性。1.5.2OpenStack的版本演变发布的第21个版本Ussuri，改进了核心基础设施层的可靠性，强化安全性和加密性能，以及拓展通用性以支持新兴用例。Ussuri版本通过提升稳定性、安全性和用户体验，增强了OpenStack在私有云、公有云和混合云环境中的竞争力，同时更好地支持了容器化和云原生应用的需求，该版本也是后面版本的基础版本，在企业中广泛应用。本教材采用OpenStack的Ussuri版本来进行项目实操讲解。2020年5月2020年10月发布的第22个版本Victoria主要增强了包括面向软件容器与Kubernetes编排器的原生集成，对许多新架构和标准的支持，以及改进对复杂网络问题的处理。1.5.2OpenStack的版本演变发布的第23个版本Wallaby，除广泛改进OpenStack内核的稳定性与可靠性，提升项目集成功能的灵活性外，该版本还强化了安全性能，实现了与其他开源技术的进一步集成，进而强化了开源基础设施在云原生领域的应用。2021年4月2021年10月发布的第24个版本Xena，该版本增加了对新型硬件功能的支持，优化了各类组件间的集成，通过减少技术债务来维护OpenStack软件的稳定可靠性，强化了OpenStack高度灵活的项目集成能力。1.5.2OpenStack的版本演变发布的第25个版本Yoga，该版本支持SmartNICDPUs等先进的硬件技术，通过对Kubernetes、Prometheus等云原生软件集成进行优化和减少技术债等方式，使得OpenStack内核的稳定性与可靠性得以保持。2022年3月2022年10月发布的第26个版本Zed，该版本再一次强化了安全性并进一步拓展了对硬件的支持。此外，新增了适用于大规模部署场景的日志管理模块Venus，还新增Skyline组件优化了管理界面。1.5.2OpenStack的版本演变作为新的一轮版本字母的轮回，2023年3月发布的第27个版本Antelope，该版本引入了新的软件发布模式，允许用户每年升级一次，加强了与Kubernetes的集成，扩展了硬件支持。Antelope是首个采用“SLURP”升级模式的版本，同时Magnum已更新以支持Kubernetesv1.24，进一步提升OpenStack在现代化云基础设施中的应用。【说明】SLURP（SkipLevelUpgradeReleaseProcess）是跳级升级版本，Not-SLURP是非跳级升级版本，选择每年升级一次软件的用户在社区发布SLURP版本时升级软件即可，在社区发布Not-SLURP版本时无需升级，选择每六个月升级软件的用户则需在社区发布SLURP与Not-SLURP版本时进行升级。2023年3月2023年10月发布的第28个版本Bobcat，是Not-SLURP版本，该版本积极响应运营商的需求，再一次提升了交付安全与创新功能。1.5.2OpenStack的版本演变发布的第29个版本Caracal版本，该版本为AI（ArtificialIntelligence，人工智能）和HPC（Highperformancecomputing，高性能计算）增加了强劲功能，提高了敏捷性、高性能安全性。引入vGPU迁移、硬件管理开放标准、性能优化。作为SLURP版本，它简化了升级流程，满足了用户对云基础设施的新需求。2024年4月接下来OpenStack将陆续推出Dalmatian、Epoxy等一系统更高性能的版本。现今，OpenStack已成为开源云基础设施软件的首选，在全球的部署规模超4000万计算核心。全球90%的大型电信运营商都在运行OpenStack，并且OpenStack用户仍在继续扩展各自的部署规模。超过70%的OpenStack部署继续采用Kubernetes管理应用程序，在世界各地的生产实践中运行LOKI（Linux,OpenStack,Kubernetes基础设施）软件栈。1.5.3OpenStack的架构1．OpenStack架构设计的基本原则

OpenStack作为一个开源、可扩展、富有弹性的云操作系统，其架构设计主要参考了AWS云计算产品，通过模块的划分和模块的功能协作，其架构设计的基本原则包括以下几点。按照不同的功能，并根据通用性划分不同的项目，拆分子系统。按照逻辑，计划并规范子系统之间的通信。分层设计整个系统架构。为不同功能的子系统之间的通信提供统一的API。1.5.3OpenStack的架构2.OpenStack的概念架构OpenStack通过一组相关的服务提供一个IaaS的解决方案，这些服务以虚拟机为中心。虚拟机主要是由Nova、Glance、Cinder和Neutron这4个核心模块进行交互的结果。Nova为虚拟机提供计算资源，包括vCPU、内存等。Glance为虚拟机提供镜像服务，用于为虚拟机部署操作系统运行环境。Cinder提供存储资源，类似传统计算机的磁盘或卷。Neutron为虚拟机提供网络配置，以及访问云计算管理平台的网络通道。1.5.3OpenStack的架构2.OpenStack的概念架构云计算平台用户（开发者与运维人员、甚至包括其他OpenStack组件）在经过Keystone服务认证授权后，通过Horizon或者RESTAPI创建虚拟机服务。创建过程包括利用Nova服务创建虚拟机实例，虚拟机实例采用Glance提供的镜像服务，然后使用Neutron为新建的虚拟机实例分配IP地址，并将虚拟机实例纳入虚拟网络中，之后通过Cinder创建的卷为此虚拟机实例挂载块设备。整个过程都在Ceilometer模块的资源监控下进行的，Cinder产生的卷（Volume）和Glance提供的镜像（Image）可以通过Swift的对象存储机制进行保存。1.5.3OpenStack的架构2.OpenStack的概念架构

Horizon、Ceilometer、Keystone分别提供访问、监控、身份认证（权限）等功能，Swift提供对象存储功能，Heat实现应用系统的自动化部署，Trove用于部署和管理各种数据库，Sahara提供大数据处理框架，而Ironic提供裸金属云服务。1.5.3OpenStack的架构2.OpenStack的概念架构云计算平台用户通过Nova-api服务与其他OpenStack服务交互，而这些OpenStack服务（守护进程）通过消息总线（动作）和数据库（信息）来执行API请求。1.5.3OpenStack的架构2.OpenStack的概念架构消息队列为所有守护进程提供一个中心的消息机制，消息的发送者和接收者相互交换任务和数据进行通信，协同实现各种云平台功能。消息队列将各个服务进程解耦，所有进程可以任意分布式部署，协同工作。目前RabbitMQ是默认的消息队列实现技术。1.5.3OpenStack的架构2.OpenStack的概念架构

SQL数据库保存了云平台大多数创建和运行时的状态，包括可用的虚拟机实例类型、正在使用的实例、可用的网络和项目等。理论上，OpenStack可以使用支持SQLAlchemy的任何一种数据库。1.5.3OpenStack的架构3.OpenStack的逻辑架构

OpenStack包括若干称为OpenStack服务的独立组件。所有服务通过一个公共的身份服务进行身份验证。各服务之间的交互，除了需要管理权限的操作之外，都可以通过公共API进行。1.5.3OpenStack的架构3.OpenStack的逻辑架构每个OpenStack服务又由若干组件组成，包含多个进程。所有的服务至少有一个API进程，用于监听API请求，对这些请求进行预处理，并将它们传输到该服务的其他组件。除了认证服务外，其余服务的实际工作是由具体的进程完成的。1.5.3OpenStack的架构3.OpenStack的逻辑架构至于一个服务的进程之间的通信，则使用高级消息队列协议（AdvancedMessageQueuingProtocol，AMQP）消息代理来实现。服务的状态存储在数据库中。在部署和配置OpenStack云时，可以从多种消息代理和数据库解决方案中进行选择，如RabbitMQ、MySQL、MariaDB和SQLite。1.5.3OpenStack的架构3.OpenStack的逻辑架构用户访问OpenStack的方法有多种，可以通过由Horizon仪表板服务实现的基于Web的用户界面进行访问，也可以通过命令行客户端、浏览器插件或用cURL工具发送API请求的方式进行访问。对于应用程序来说，可以使用多种SDK。所有这些访问方法最终都要向各种不同的OpenStack服务发出调用RESETAPI的请求。1.5.3OpenStack的架构3.OpenStack的逻辑架构在实际的部署方案中，各个组件可以部署到不同的物理节点上。OpenStack本身是一个分布式系统，不但各个服务可以分布部署，服务中的组件也可以分布部署。这种分布式的特性让OpenStack具备极大的灵活性、可伸缩性和高可用性。当然，从另一个角度看，这一特性也使得OpenStack比一般系统复杂，学习难度也更大。1.5.3OpenStack的架构4.OpenStack的物理部署架构（1）控制节点。控制节点又称管理节点，用于安装并运行各种OpenStack控制服务，负责管理和控制其余节点，执行虚拟机建立、迁移、网络分配、存储分配等任务。OpenStack的大部分服务都运行在控制节点上。控制节点可以只有一个网络接口，用于各个节点之间的通信和管理。1.5.3OpenStack的架构4.OpenStack的物理部署架构（2）网络节点。网络节点可实现网关和路由的功能，负责外部网络与内部网络之间的通信，并将虚拟机连接到外部网络。网络节点仅包含Neutron服务。Neutron服务负责管理私有网段与公有网段的通信、虚拟机网络之间的通信，以及虚拟机上的防火墙等。网络节点通常需要3个网络接口，分别用于与控制节点通信、与除控制节点之外的计算节点和存储节点通信、外部的虚拟机与相应网络之间的通信。网络节点根据虚拟网络选项来决定要部署的服务和组件。部署时有两种选择，一种是提供者网络（ProviderNetwork，又译为提供商网络），另一种是自服务网络（Self-serviceNetwork）。选择提供者网络，将以最简单的方式部署OpenStack网络服务，只需要二层（网桥／交换机）服务和虚拟局域网（VirtualLocalAreaNetwork，VLAN）划分。选择自服务网络，会在提供者网络的基础上增加三层（路由）服务，以便使用像VXLAN（VirtualExtensibleLAN）这样的网络覆盖分段方法。1.5.3OpenStack的架构4.OpenStack的物理部署架构（3）计算节点。计算节点是实际运行虚拟机的节点，主要负责虚拟机实例运行，为用户创建并运行虚拟机实例，并为虚拟机实例分配网络。OpenStack可以部署多个计算节点。一个计算节点至少需要两个网络接口：一个与控制节点进行通信，受控制节点统一调配；另一个与网络节点和存储节点进行通信。1.5.3OpenStack的架构4.OpenStack的物理部署架构（4）存储节点。存储节点负责对虚拟机的额外存储进行管理等，即为计算节点的虚拟机提供持久化的卷服务。这种节点存储需要的数据包括磁盘镜像、虚拟机持久性卷。存储节点包含Cinder和Swift等服务，可根据需要安装共享文件（Manila）服务。如果采用最简单的网络连接，存储节点只需一个网络接口，直接使用管理网络在计算节点和存储节点之间进行通信。而在实际的生产环境中，存储节点最少需要两个网络接口：一个连接管理网络，与控制节点进行通信，接收控制节点任务，受控制节点统一调配；另一个使用专门的存储网络（数据网络），与计算节点和网络节点进行通信，完成控制节点下发的各类数据传输任务。1.5.3OpenStack的架构5.OpenStack的物理网络类型（1）外部网络（ExtemalNetwork）：即公共网络，是外部或Internet可以访问的网络。OpenStack云平台通过外部网络接入Internet。外部网络用于为OpenStack虚拟机分配浮动IP地址，让Intemet用户能够访问该网络上的IP地址。1.5.3OpenStack的架构5.OpenStack的物理网络类型（2）管理网络（ManagementNetwork）：用于实现OpenStack各个组件之间的内部通信，并提供API访问端点（Endpoint）。该网络必须限制在数据中心之内，以保证云平台的安全性。1.5.3OpenStack的架构5.OpenStack的物理网络类型（3）API网络：用于为用户提供OpenStackAPI。1.5.3OpenStack的架构5.OpenStack的物理网络类型（4）数据网络：用于云部署中的内部数据流，如虚拟机之间的数据通信。任务1.6部署项目基本实训环境1.6.1安装VMwareWorkstation软件（1）下载VMware-workstation-full-17.5.0-22583795软件安装包，双击该软件包进行软件安装，弹出VMware软件安装主界面窗口（2）单击【下一步】按钮，弹出VMware最终用户许可协议窗口1.6.1安装VMwareWorkstation软件（3）选中“我接受许可协议中的条款”复选框，然后单击【下一步】按钮，弹出VMware自定义安装窗口（4）两个复选框，一个是设定增强型键盘驱动程序所需空间，一个是将VMware控制台工具添加到系统路径中。可以根据实际情况进行选择，此时，选择第二个复选框。然后单击【下一步】按钮，弹出VMware用户体验设置界面1.6.1安装VMwareWorkstation软