CN104580519B - 一种快速部署openstack云计算平台的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速部署openstack云计算平台的方法，该方法通过预设脚本将设计好的各种系统镜像文件块以自定义标识规则复制到网络存储集群以完成快速部署的任务。本方案的快速部署是对已制作好的镜像模板按照制定的规则复制产生其它同类节点镜像过程，初期部署管理服务器可以使用多台物理服务器进行大规模的部署任务，在云环境构建成功后，可以直接用虚拟机作为部署管理服务器以实现弹性服务需要，为后期的集群结点部署提供更加灵活的服务，本发明方法适用于各种同类云平台自动化部署，利用这种集中式的部署方案无需在各节点服务器上部署，大大减少部署时间，且管理简单易行，提高了部署效率和管理灵活性。

Description

一种快速部署openstack云计算平台的方法

技术领域

本发明涉及云计算集群环境，尤其是一种快速部署openstack云计算平台的方法。

背景技术

随着云计算的发展，IaaS(基础设施即服务)逐渐得以广泛部署，越来越多的研究机构和企业开始自建云计算平台。OpenStack作为一个开源的云计算管理平台，以其节约用户成本、提高运维效率以及更有利于企业创新等特点在各行各业都得到了广泛的部署和应用。然而部署大规模的OpenStack云计算集群是一项非常繁重而艰巨的任务，部署过程涉及到大量软件的安装、组件间依赖关系处理以及众多配置参数的设置，加之大规模集群服务器硬件、操作系统和网络的异构性等特点，部署需要花费大量时间，其过程由于过多的人工操作和重复性工作导致集群部署失败的可能性很高，因此很有必要实现一种自动化的部署机制。

传统集群自动化部署中比较著名的工具软件有OSCAR(开源集群应用资源)、Rocks与Kadeploy2等，利用它们可以大大提高部署效率。OSCAR与Rocks两款工具主要为同构系统服务，且集成了大量的专用软件包，安装时需要人工参与等问题不适合直接用于Openstack的部署；Kadeploy2提供了一个集群部署的基本模型，用户可以依据该模型快速部署相同的集群系统，模型可以根据需求进行定制，但这个工具的应用场景是针对网格集群系统的，故它也不适合直接用于Openstack的部署；另外，OpenStack集群部署已有许多的解决方案：(1)OpenStack官方提供了集群部署和配置的文档，用户根据这些文档可以手动实现部署任务，但当集群规模较大时，这种方法带来工作量将会巨增；(2)DevStack是官方维护的一个部署脚本工具，利用它可以快速部署一个Openstack的开发和测试环境，它仅限于部署简单的云计算平台，在系统重启必须手动启动各种服务，不适合部署生产环境的集群；(3)Dodai-deplay是另一个款OpenStack集群自动化部署工具，基于传统的配置管理框架Puppet管理OpenStack组件的软件安装、配置文件修改和资源依赖关系的处理等，提供面向终端用户的Web接口和面向开发者的RESTfulAPI以方便第三方集成，它缺乏对OpenStack各组件后端实现的定制化处理，无法应对实际的生产环境，由于整体架构是传统的单一主机的客服端/服务器模型，随着OpenStack集群规模的增长，主机服务器负载过重，部署工具的单点故障和效率成为新的瓶颈。此外，有许多的公司也推出了它们的自动化部署工具，像Mirantis公司的Fuel、Dell公司开发的Crowbar，这些部署工具底层都采用配置管理框架安装和配置集群，功能都基本类似，主要关注的是部署稳定性和正确性，在部署的灵活性与部署效率上考虑较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种快速部署openstack云计算平台的方法，该方法极大的提升了openstack云计算平台的部署效率，且管理简单易行，易于后期维护。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种快速部署openstack云计算平台的方法，包括如下步骤，

步骤S1：创建镜像模版文件；

步骤S2：格式化模版配置文件；

步骤S3：生成新的镜像文件；

步骤S4：导入模版配置文件；

步骤S5：启动集群各节点。

在本发明实施例中，所述步骤S1的创建镜像模版文件包括创建镜像文件、安装系统、安装软件及提取根分区四个阶段。

在本发明实施例中，所述步骤S2的格式化模版配置文件即，将步骤S1创建的各种服务类型镜像文件的配置文件中的可修改参数定义为变量，把配置数据模版化以适应各节点的需求，并将模版化配置文件存储至文件服务网络上。

在本发明实施例中，所述步骤S3的生成新的镜像文件即，将步骤S1的镜像块文件复制于存储池的相应位置，并根据集群服务器节点的标识作为新生成的镜像文件的命名规则，以保证各节点对应相应的镜像文件名。

在本发明实施例中，所述步骤S5的启动集群各节点即，各节点通过提供PXE、DHCP及TFTP的服务网络启动，向存储池挂载节点启动所需的镜像节点，实现节点系统启动的过程。

在本发明实施例中，所述启动集群各节点的具体实现步骤如下，

步骤S51：内核载入并将初始化根文件系统作为特殊的区块/dev/ram挂载到最初的根文件系统；

步骤S52：初始化驱动设备，包括网卡、中央处埋机及内存，初始化各驱动设备之后建立与存储池的连接；

步骤S53：判断是否执行硬盘命名规则，若存在硬盘命名要求，则执行步骤S54，否则，执行步骤S55；

步骤S54：从存储池/映像块获取命名规则并重新初始化各驱动设备；

步骤S55：从存储池获取映像挂载规则，并挂载相应的映像块作为rootmnt系统；

步骤S56：执行rootmnt系统的/sbin/init从而完成系统交接作为根文件系统，最终初始化进入节点的操作系统。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：通过统一的、集中式的镜像块文件的制作及部署管理方案，不仅在部署时间上占有优势，而且针对系统管理员的机群各结点的集中管理更能体现它的便捷性、可控性、灵活性；与现有技术相比，本发明不仅实现大规模服务器机群的系统安装，集中式的配置方式也在快速配置方面体现优势，很大程度上简化了配置流程，提高了配置效率；本发明的实施不依赖结点服务器的任何外部存储介质，特别适合云计算环境中大规模服务器集群的快速部署。

附图说明

图1是本发明部署总体架构。

图2是本发明initrd(初始化根文件系统)的初始化过程。

图3是本发明集群拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明一种快速部署openstack云计算平台的方法，包括如下步骤，

步骤S1：创建镜像模版文件，包括创建镜像文件、安装系统、安装软件及提取根分区四个阶段。块文件支持稀疏特性，可自由伸展文件大小，使用mount命令挂载块文件系统可以进行数据访问。

步骤S2：格式化模版配置文件，将步骤S1创建的各种服务类型镜像文件的配置文件(如nova.conf、keystone.conf等文件)中的可修改参数定义为变量，把配置数据模版化以适应各节点的需求(如把ip、用户、密码、授权令牌等参数化)，并将模版化配置文件存储至文件服务网络(如nfs、apache、ftp、或cephfs等)上。文件服务网络上的配置文件是更新状态的，如有相关配置需求，将会做配置文件的更新，以保证配置的实时生效。当节点成功启动系统时，将调取数据库的有关数据信息，如果数据信息有效，将优先依据数据库的信息下载模板配置文件并应用于云服务的配置作业，否则使用系统模板上默认的配置方案。

步骤S3：生成新的镜像文件，将步骤S1的镜像块文件复制于存储池的相应位置，并根据集群服务器节点的标识(如IP地址、主机名标识等可以唯一表示的信息)作为新生成的镜像文件的命名规则，以保证各节点对应相应的镜像文件名，该步骤是实现快速部署的主要过程，部署的效率由存储网络系统性能决定

步骤S4：导入模版配置文件，是对新生成的镜像块文件进行修改的过程，通过自定义脚本/程序(如壳脚本，脚本等)进行全自动化的作业。配置之前需要对模板配置文件所定义的参数(例如IP地址使用<AUTH_IP>、<PUBLIC_IP>等模板标识)进行设定并生成相应结点的配置文件，包括挂载各节点的镜像块文件、配置文件数据修改和卸载节点镜像三个步骤，利用自定义的脚本/程序实现对每个节点的自动化操作，最终完成所有节点镜像块文件的配置工作。

步骤S5：启动集群各节点，各节点通过提供PXE、DHCP及TFTP的服务网络启动，向存储池挂载节点启动所需的镜像节点，实现节点系统启动的过程，启动所需要的文件集中存储在存储网络中。所述启动集群各节点的具体实现步骤如下，

步骤S51：内核载入并将初始化根文件系统作为特殊的区块/dev/ram挂载到最初的根文件系统；

步骤S52：初始化驱动设备，包括网卡、中央处埋机及内存，初始化各驱动设备之后建立与存储池的连接；

步骤S53：判断是否执行硬盘命名规则，若存在硬盘命名要求，则执行步骤S54，否则，执行步骤S55；

步骤S54：从存储池/映像块获取命名规则并重新初始化各驱动设备；

步骤S55：从存储网络获取映像挂载规则，并挂载相应的映像块作为rootmnt系统；

步骤S56：执行rootmnt系统的/sbin/init从而完成系统交接作为根文件系统，最终初始化进入节点的操作系统。

在图1所示的实施例中，集群部署总体结构图，其中存储网络是使用Ceph(分布式文件系统)构架的存储网络集群，它为管理服务器、虚拟机的镜像文件、块设备等提供存储服务；管理服务器为管理服务器组，节点是云平台的服务器集群，镜像模板是由KVM制作各种服务类型的系统镜像文件块，镜像节点是节点启动所需的系统镜像块文件；管理服务器搭建了PXE server(预引导执行环境服务器)、DHCP server(动态主机配置协议服务器)、TFTP server(一般的文件传输协议服务器)、mysql server(数据库服务器)等服务，其中PXE server(预引导执行环境服务器)负责节点启动初阶段的网络引导，DHCP server(动态主机配置协议服务器)负责为需要部署的节点匹配MAC(媒体访问地址)地址并下发IP地址，TFTP server(一般的文件传输协议服务器)负责传输引导文件，包括内核文件(vmlinuz)和初始化根文件系统(initrd)，mysql server(数据库服务器)负责记录节点部署情况等信息以方便系统管理；节点启动所需要的镜像节点块文件存储在存储网络中，节点启动网络引导后通过挂载镜像节点实现系统的启动。

在图2所示的实施例中，启动节点初始化流程如下所示：

步骤①内核载入并将初始化根文件系统作为特殊的区块/dev/ram挂载到最初的根文件系统“/”；

步骤②初始化驱动设备，包括网卡、中央处埋机、内存等设备，初始化各驱动设备之后建立与存储网络的连接；

步骤③判断是否执行硬盘命名规则，例如多网卡名字的定义，以防止网卡错乱，如果存在硬盘命名要求，则进行步骤④从存储网络/映像块获取命名规则并重新初始化各驱动设备，否则进入下一步；

步骤⑤从存储网络获取映像挂载规则，并挂载相应的映像块作为rootmnt系统；步骤⑥执行rootmnt系统的/sbin/init从而完成系统交接作为根文件系统，最终初始化进入节点的操作系统。其中本方案对初始化根文件系统进行相应的定制，先经过gzip或lzma、cpio工具对其进行解包，然后根据部署环境需要添加自定义脚本、配置数据和驱动模块等操作，最后再利用gzip或lzma对其封包的过程，以完成本方案部署策略的配制。

以下为本发明的具体实施例。

在图3所示的实施例中：图3所示：S_i(i＝1,2,…,n)通过网络NET1、NET2连接的n台管理服务器，通过NET1可以访问存储系统(storage network)；C_i(i＝1,2,...,p)通过NET2相连的p台云平台集群节点机器，通过NET2可以访问S_i服务器，也可以通过NET1访问存储系统。

已知：S_img为C_i所需的镜像块文件，S_pxe为C_i节点的网络启动文件，S’_img包括启动C_i节点所必须的操作系统及云服务程序所必须的最少数量文件，且S’_img包括于S_img中，S’_img<<S_img，W1、W2分别表示NET1、NET2的带宽。

记S_i,k→S_j,k：表示从S_i服务器拷贝S_img、S_pxe文件到S_j服务器上，并做相应配置修改生成C_k节点的镜像块文件，其中S_img、S_pxe通过NET1网络与存储系统进行通讯；

记TC_i：表示节点C_i把所需启动文件S_pxe、S’_img传输到C_i节点上。S_pxe、S’_img都在存储网络中，其中S_pxe通过NET2传给C_i，S’_img通过NET1传给C_i；TC_i执行前提条件是对应的C_i节点所需要的文件S_pxe与S_img已存在。

设ΔT为执行一次S_i,k→S_j,k所需要的时间，ΔT′为执行一次TC_i所需时间，现按如下规则执行任务：

第1次操作：执行S_i,k(i,k＝1)→S_j,k(i,k＝2)，任务执行时间为ΔT；

第2次操作：并行执行S_i,k(i,k＝1,2)→S_j,k(i,k＝3,4)，任务执行时间为ΔT；

第3次操作：并行执行S_i,k(i,k＝1,2,3,4)→S_j,k(i,k＝5,6,7,8)，任务执行时间为ΔT；

…

第k次操作：并行执行S_i,k(i,k＝1,2,…,2^k-1)→S_j,k(i,k＝2^k-1+1,2^k-1+2,…,2^k)，任务执行时间为ΔT；

当2^k>＝n后，如图3拓扑结构，由于每个节点网络接口瓶颈限制，则有：

第k+1次操作：并行执行S_i,k(i,k＝1,2,…,n)→S_j,k(j＝1,2,…,n；k＝n+1,n+2,…,2n)，任务执行时间为ΔT；

第k+2次操作：并行执行S_i,k(i,k＝1,2,…,n)→S_j,k(j＝1,2,…,n；k＝2n+1,2n+2,…,3n)，任务执行时间为ΔT；

…

第k+m次操作：并行执行S_i,k(i,k＝1,2,…,n)→S_j,k(j＝1,2,…,n；k＝mn+1,mn+2,…,(m+1)n)，任务执行时间为ΔT；

设T_spawn为执行n次上述操作所花费的总时间，则

当p≤n，令p＝2^k

由(m+1)×n≤p可得

当p＞n,可取由式(1)可转化为：

可得

同样地，TC_i执行规则如下：

第1次：TC_i[i＝1]，任务执行时间为ΔT′；

第2次：TC_i[i＝2]，任务执行时间为ΔT′；

第3次：并行执行TC_i[i＝3，4]，任务执行时间为ΔT′；

…

第k次：并行执行TC_i[i＝2^k-2+1,2^k-2+2,…,2^k-1]，任务执行时间为ΔT′，且2^k-1≤n；

第k+1次：并行执行TC_i[i＝2^k-1+1,2^k-1+2,…,n]，任务执行时间为ΔT′，且2^k-1＞n；

由于每个节点网络接口瓶颈限制，则有：

第k+2次：并行执行TC_i[i＝n+1,n+2,…,2n]，任务执行时间为ΔT′；

第k+3次：并行执行TC_i[i＝2n+1,2n+2,…,3n]，任务执行时间为ΔT′；

…

第k+m次：并行执行TC_i[i＝(m-1)n+1,(m-1)n+2,…,mn]，任务执行时间为ΔT′；

设传输p个节点C_i所需的启动文件S’_img、S_pxe总时间为T_boot，则:

当p≤n，令p＝2^k-1，

由m×n≤p可得

可得

由式(2)(4)可知，

(1)当ΔT≥ΔT′时，

可得集群总体部署时间T＝T_spawn+ΔT′+α·ΔT″，即

(2)当ΔT＜ΔT′时，即

可得集群总体部署时间T＝T_boot+ΔT+α·ΔT″，即

其中α为常量(0≤α≤1)，ΔT″表示节点加载S_pxe、S’_img后启动系统所需时间。

由于而S_img、S’_img、S_pxe、W1、W2、ΔT″都是已知，由式(5)(6)可知，部署时间T只与p、n有关。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种快速部署openstack云计算平台的方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤S1：创建镜像模版文件；

步骤S2：格式化模版配置文件；

步骤S3：生成新的镜像文件；

步骤S4：导入模版配置文件；

步骤S5：启动集群各节点；

所述步骤S1的创建镜像模版文件包括创建镜像文件、安装系统、安装软件及提取根分区四个阶段；

所述步骤S2的格式化模版配置文件即，将步骤S1创建的各种服务类型镜像文件的配置文件中的可修改参数定义为变量，把配置数据模版化以适应各节点的需求，并将模版化配置文件存储至文件服务网络上；

所述步骤S3的生成新的镜像文件即，将步骤S1的镜像块文件复制于存储池的相应位置，并根据集群服务器节点的标识作为新生成的镜像文件的命名规则，以保证各节点对应相应的镜像文件名；

所述步骤S5的启动集群各节点即，各节点通过提供PXE、DHCP及TFTP的服务网络启动，向存储池挂载节点启动所需的镜像节点，实现节点系统启动的过程；

所述启动集群各节点的具体实现步骤如下，

步骤S51：内核载入并将初始化根文件系统作为特殊的区块/dev/ram挂载到最初的根文件系统；

步骤S52：初始化驱动设备，包括网卡、中央处埋机及内存，初始化各驱动设备之后建立与存储池的连接；

步骤S53：判断是否执行硬盘命名规则，若存在硬盘命名要求，则执行步骤S54，否则，执行步骤S55；

步骤S54：从存储池/映像块获取命名规则并重新初始化各驱动设备；

步骤S55：从存储池获取映像挂载规则，并挂载相应的映像块作为rootmnt系统；

步骤S56：执行rootmnt系统的/sbin/init从而完成系统交接作为根文件系统，最终初始化进入节点的操作系统。