CN116932130A - 一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法，属于计算机仿真技术领域，包括以下内容：基于微服务架构将仿真实验环境部署过程划分为多种微服务功能，包括多种虚拟机级别以及进程级别操作；通过多种类仿真资源的镜像封装，将仿真资源存储于Ceph分布式存储系统中，可通过OpenStack云平台的微服务接口实现仿真资源的实时校验与调用；通过微服务协同管控OpenStack中的多个组件生成多个仿真节点以及配置仿真网络，同时通过每个仿真节点中动态生成的微服务应用响应执行部署操作，完成单样本以及多样本仿真实验环境部署；采用本发明，实验人员可根据仿真实验规划需求，自动化构建分布式仿真实验环境，为多样本仿真实验提供一种高效、快速、准确的实验环境部署方法。
Description
技术领域
本发明涉及计算机仿真技术领域，具体涉及一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法。
背景技术
当前的仿真系统通过在多个物理、虚拟机中分布式部署仿真模型、支撑软件形成仿真实验环境，在实验环境部署过程中，则需要实验人员通过部署工具来完成多节点的仿真环境依赖配置、仿真网络配置、虚拟机的计算资源分配等工作，部署效率不高且存在配置错误的风险。尤其是在多样本仿真实验需求下，需要创建多个仿真实验环境以进行大量仿真样本的并行实验，实验人员需要不断地在多个节点中进行繁琐的仿真环境依赖配置、仿真网络配置、计算资源分配，部署工作则更加难以高效、准确地完成，耗费大量时间、精力在环境部署工作中，无法将全部精力投入到仿真实验本身中。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法，用以解决现有技术中仿真模型与支撑软件分布式部署的过程繁琐、耗时冗长的问题。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法，包括：
基于微服务架构将仿真实验环境部署过程划分为多种微服务功能，包括多种虚拟机级别以及进程级别操作；
通过多种类仿真资源的镜像封装，将仿真资源存储于Ceph分布式存储系统中，可通过OpenStack云平台的微服务接口实现仿真资源的实时校验、调用、构建；
通过微服务协同管控OpenStack中的多个组件生成多个仿真节点以及配置仿真网络，同时通过每个仿真节点中动态生成的微服务应用响应执行部署操作，完成单样本以及多样本仿真实验环境部署。
进一步地：所述仿真实验环境部署的架构自下而上地包括基础资源层、微服务管控层以及应用交互层。
进一步地：所述基础资源层以多台CentOS7物理机作为控制节点、存储节点、计算节点，完成Train版本的OpenStack云平台的部署；
同时，将Ceph分布式存储系统作为OpenStack的Nova、Glance、Cinder组件的后端存储，改变多种类仿真资源传统的本地文件系统存储方式，通过镜像打包的方式保存环境配置，并以RBD块设备的形式存储于Ceph系统中。
进一步地：所述微服务管控层基于微服务架构将仿真实验环境部署过程划分为静态部署微服务以及动态生成微服务，静态部署微服务包括虚拟资源管控微服务、仿真运行控制微服务、配置中心微服务，动态生成微服务包括随着每个仿真节点动态上线的仿真节点控制微服务。
进一步地：所述虚拟资源管控微服务可灵活管控云平台中的计算、存储、网络资源，根据仿真实验需求灵活调整虚拟资源分配；通过仿真运行控制微服务发起并调度指定微服务完成仿真资源的云端获取、仿真实验环境的部署；通过配置中心微服务管理所有微服务的配置文件，可动态修改微服务的配置参数，实现动态生成微服务的差异化注册。
进一步地：所述每个仿真节点中动态上线的仿真节点控制微服务响应完成仿真模型以及支撑软件加载、样本加载、网络检测等功能。
进一步地：所述应用交互层包括仿真资源云端管理、仿真实验环境部署；
仿真资源云端管理中包括虚拟资源以及仿真相关的仿真运行镜像、仿真模型、支撑软件、仿真样本的管理；仿真实验环境构建中包括仿真实验描述，仿真节点规划以及虚拟资源配置。
进一步地：所述仿真实验环境部署方法中包括：
仿真资源准备：在Windows7操作系统中安装仿真系统的多个仿真模型以及支撑软件，配置仿真环境依赖，以镜像打包的方式生成多个仿真系统运行环境镜像，同时以VHD磁盘格式生成多个仿真模型以及支撑软件虚拟磁盘；
仿真资源云端存储：将仿真系统运行环境镜像以及虚拟磁盘存储于Ceph分布式存储系统中，并为镜像添加Metadata元数据信息；
仿真实验环境生成：实验人员在交互页面中规划仿真实验需求，所述仿真运行控制微服务生成并解析仿真实验规划文件，调用所述虚拟资源管控微服务生成仿真实验虚拟机集群；所述仿真节点控制微服务随着所述仿真实验虚拟机集群的生成而动态上线，并响应完成仿真模型以及支撑软件加载、样本加载、网络检测等操作。
综上所述，采用本发明实施例的有益效果是：
(1)通过镜像的形式保存仿真模型与支撑软件的运行依赖环境，可快速创建同一仿真模型与支撑软件的多个运行节点，无需实验人员重复配置仿真环境依赖，同时便于仿真系统在不同物理环境下的迁移；
(2)Ceph集群中多节点共享存储，部署仿真模型与支撑软件的仿真节点可基于RBD块设备的COW写时复制特性在秒级时间内快速构建，可支持多样本仿真实验环境的大规模集群部署场景；
(3)实验人员通过交互界面可根据仿真实验需求灵活组合仿真系统中的仿真模型以及支撑软件，无需接触和操作云平台的细节，依托静态部署微服务的整体管控以及动态生成微服务的实时响应自动化完成单个或多个仿真实验环境的部署工作，大大提高仿真实验环境的部署效率，使实验人员专注于仿真实验内容。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，并不认为是对本发明的限制。
图1是本发明实施例中仿真实验环境部署方法架构示意图；
图2是本发明实施例中仿真实验环境部署流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更加详细地描述本发明的示例性实施例，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚的是，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
本发明实施例提出一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法，基于OpenStack云平台为仿真实验提供虚拟化支撑环境，通过Ceph分布式存储系统为多种类仿真资源提供资源存储、共享、验证的方式，并依托于静态部署微服务的整体管控以及动态生成微服务的实时响应，自动化快速构建单样本以及多样本仿真实验环境；
采用本发明实施例，实验人员可以通过交互界面从仿真资源库中规划仿真实验需求，在不必接触和操作云平台的情况下发起单样本以及多样本仿真实验环境构建请求，实验人员无需重复执行繁琐、复杂的环境配置，可实现仿真实验规划需求到仿真实验环境的一键式部署，大大提高实验人员的工作效率。
所述仿真实验环境部署方法的架构思路如图1所示，自下而上地包括基础资源层、微服务管控层以及应用交互层。
所述基础资源层为仿真实验环境提供基础的软硬件资源支撑，如物理机、交换机等硬件设备资源以及操作系统、OpenStack虚拟化软件、Ceph分布式存储系统等软件资源；
以多台CentOS7物理机作为云平台的控制节点、存储节点、计算节点，完成Train版本的OpenStack云平台的分布式部署，包括Nova、Glance、Cinder、Neutron、Placement、Keystone、Dashboard组件；在各类硬件设备基础上，利用OpenStack所提供的虚拟化技术，将多种硬件资源虚拟化后提供给微服务管控层调用；
将Ceph分布式存储系统作为OpenStack的Nova、Glance、Cinder组件的后端存储，并在OpenStack的控制节点、存储节点、计算节点中部署Ceph OSD、Mgr组件形成Ceph集群；改变多种类仿真资源传统的本地文件系统存储方式，通过镜像打包的方式保存环境依赖配置，并以RBD块设备的形式存储于Ceph的RADOS系统中，转变了仿真资源的存储以及获取方式，可直接通过OpenStack的统一接口校验、获取仿真资源；
所述多种类仿真资源包括仿真模型软件、仿真支撑软件、仿真样本文件、仿真系统运行环境。
所述微服务管控层是仿真实验环境部署架构的核心层，基于微服务架构将仿真实验环境部署过程划分为静态部署微服务以及动态生成微服务，静态部署微服务部署于CentOS7物理机中，包括虚拟资源管控微服务、仿真运行控制微服务、配置中心微服务；
动态生成微服务则会在每个动态生成的仿真节点中自动上线，并通过微服务之间的交互完成既定功能，其中包括仿真节点控制微服务。
所述虚拟资源管控微服务通过统一接口对接OpenStack云平台，管控CPU、内存、存储、网络资源池，为仿真实验环境提供虚拟化支撑，可根据仿真实验规划需求为每个仿真节点分配虚拟资源。
所述仿真运行控制微服务发起并调度指定微服务完成仿真资源的云端获取、仿真实验集群的构建、仿真网络的构建、仿真实验环境的校验；
所述仿真资源的云端获取指的是从Ceph存储系统中解析得到仿真运行环境镜像、仿真模型、支撑软件、样本文件；
所述仿真实验集群的构建指的是通过所述Nova组件并发生成所述仿真实验规划中的多个仿真虚拟机节点；
所述仿真网络的构建指的是通过所述Neutron组件构建二层虚拟网络以及三层虚拟路由，同一仿真实验环境下的所有仿真节点接入同一网络之中；
所述仿真实验环境的校验指的是对所述仿真实验环境下仿真模型、支撑软件的进程运行情况、网络连通情况、样本加载情况进行自动化校验。
所述配置中心微服务管理所有微服务的配置文件，可动态修改微服务的配置参数，实现所述动态生成微服务应用在不同仿真节点中的差异化注册，实现对指定仿真节点的精准控制；
所述仿真节点控制微服务自启动上线，响应完成仿真模型以及支撑软件加载、样本加载、网络检测等操作。
所述应用交互层包括仿真资源云端管理、仿真实验环境部署；
所述仿真资源云端管理中包括虚拟资源以及仿真相关的仿真系统运行镜像、仿真模型、支撑软件、仿真样本的管理；所述仿真实验环境部署中包括仿真实验描述，仿真节点规划以及虚拟资源配置。
所述基于OpenStack的仿真实验环境部署方法中包括：
(1)仿真资源准备：在Windows7操作系统中安装仿真系统的多个仿真模型以及支撑软件，配置仿真环境依赖，以镜像打包的方式生成仿真系统运行环境镜像，同时以VHD磁盘格式生成多个仿真模型以及支撑软件虚拟磁盘；
(2)仿真资源云端存储：将所述仿真系统运行环境镜像、仿真模型以及支撑软件虚拟磁盘存储于Ceph分布式存储系统中，并为镜像以及磁盘添加Metadata元数据信息；
(3)仿真实验环境生成：实验人员在交互页面中规划仿真实验所需的仿真模型以及支撑软件，并根据多样本仿真实验需求规划仿真实验环境数量以及仿真样本数量，同时为每个仿真节点分配虚拟资源；所述仿真运行控制微服务实时生成并解析仿真实验规划文件，调用所述虚拟资源管控微服务生成仿真实验虚拟机集群并配置仿真集群节点之间的网络通信；所述仿真节点控制微服务随着所述仿真实验虚拟机集群的生成而动态上线，并响应完成所述仿真实验规划中每个仿真模型以及支撑软件的加载、仿真样本加载以及网络检测。
下面以一个具体的实施例详细描述本发明实施例的仿真实验环境部署方法，值得理解的是，下列描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应该列入本发明的保护范围。
所述仿真实验环境由仿真系统中的若干仿真模型软件、仿真支撑软件(包括仿真运行控制软件、仿真消息中间件等)以及仿真网络共同组成，仿真运行控制软件通过仿真消息中间件与仿真模型软件进行数据交互，仿真模型软件之间同样通过仿真消息中间件进行数据交互。
在虚拟化环境中，镜像文件可作为载体保存虚拟机的运行环境以及虚拟磁盘的磁盘信息，将仿真模型、支撑软件隶属的仿真系统所依赖的操作系统、环境配置整合打包为镜像存储，通过镜像可直接生成仿真节点的运行环境而无需配置操作。
为提高仿真运行环境镜像的重用性，可以将仿真模型、支撑软件的部署状态保存在虚拟磁盘镜像中，与所依赖的仿真运行环境镜像解耦，在仿真节点创建时可直接生成虚拟磁盘并通过协议挂载到仿真节点上，无需配置磁盘的分区、格式化以及创建文件系统，形成即插即用的资源获取方式。
将所述仿真运行环境镜像以及仿真模型、支撑软件虚拟磁盘以RAW的镜像格式上传至OpenStack的Glance组件中，即与Ceph系统对接，所述镜像文件作为RBD块设备存储到Ceph系统的存储池中，并通过添加自定义的元数据信息实现资源的分类。
仿真实验环境部署流程如图2所示，实验人员在交互页面中规划仿真实验所需的仿真模型以及支撑软件，并根据仿真实验需求规划仿真实验环境数量以及仿真样本数量；
同时为上述选择的每一个仿真节点配置虚拟资源，包括仿真节点的CPU核心数、内存大小、根磁盘大小、挂载磁盘大小、仿真节点的流量规则以及二层网络与子网；
所述仿真运行控制微服务通过上述的实验规划自动解析所选择的仿真模型、支撑软件以及仿真样本的元数据信息，生成YAML格式的仿真实验规划文件，若存在部署多个仿真实验环境的需求，则会生成多个仿真实验规划文件；
所述仿真运行控制微服务解析上述的仿真实验规划文件，调用所述虚拟资源管控微服务校验云端存储的仿真资源与规划仿真资源规格的一致性，包括指定的仿真运行环境镜像，仿真模型磁盘镜像，仿真支撑软件磁盘镜像，仿真样本文件；同时验证指定的虚拟资源是否存在且可用，包括虚拟CPU核心数、虚拟内存分配值、虚拟二层网络，网络子网、安全组规则。
为解决多样本仿真实验环境中的多仿真进程在同一个物理节点中的资源争用问题，为每个部署的仿真模型、支撑软件生成单个仿真节点，所述仿真节点由仿真运行环境根磁盘以及仿真模型、支撑软件挂载磁盘组成；
所述仿真运行控制微服务解析所述仿真实验规划文件，通过仿真运行环境镜像创建根磁盘，通过仿真模型、支撑软件虚拟磁盘镜像创建挂载磁盘，挂载磁盘自动匹配对应的根磁盘执行挂载操作；为防止出现挂载异常，在磁盘生成后需将挂载磁盘通过Nova组件的Migrate操作迁移到根磁盘所在的计算节点中；
仿真运行控制微服务通过Nova组件的Boot From Volume功能从上述已生成的根磁盘以及挂载磁盘中并发创建多个仿真节点组成仿真实验集群，并通过SATA总线从所述仿真运行环境根磁盘中引导启动每个仿真节点的操作系统。
通过所述仿真实验规划文件可以解析出每个仿真节点所连接的二层网络以及子网信息，通过DHCP服务从子网段内分配得到IP地址，继而在部署的计算节点中创建出tap设备作为仿真节点的虚拟网卡连接到该二层网络对应的Linux Bridge虚拟网桥brq设备中；
同一个计算节点中的仿真节点之间通过虚拟网桥实现同一网络下的通信，而不同计算节点之间的仿真节点则是通过虚拟网桥所连接的网卡经由交换机完成实时通信。
操作系统引导完毕后，仿真节点控制微服务即通过BAT批处理命令获取当前仿真节点分配的IP地址作为微服务应用的名称注册到微服务注册中心中，以区分不同仿真节点的仿真节点控制微服务应用；
所述配置中心微服务管理所有微服务的配置文件，可动态修改微服务的配置参数；通过自动生成仿真节点控制微服务模板配置文件，并以仿真节点对应的Nova虚拟机的名称作为仿真节点控制微服务的应用名后缀更新微服务的注册信息，即可通过微服务应用名称精准区分不同仿真实验环境下的仿真节点控制微服务应用，灵活且精准地完成对指定仿真节点的管控操作。
通过所述仿真运行控制微服务的整体管控，识别出已上线的仿真节点控制微服务，并加载仿真模型、支撑软件，由于仿真系统内部的成员发现机制，当仿真模型或支撑软件加载后无需配置操作即可被仿真运行控制软件自动发现；
同时，将指定的仿真样本传输至仿真运行控制节点中等待仿真系统的初始化加载，当仿真实验结束后可恢复仿真系统的初始化状态，并传输新的仿真样本重新开始仿真实验。
以单个仿真实验环境为校验单位，完成仿真模型以及支撑软件的进程状态校验、仿真网络连通性校验、仿真样本校验；
所述进程状态校验指的是通过所述仿真节点控制微服务检测指定仿真进程的运行状态，使用tasklist命令获取指定进程的状态，并根据查询反馈判断运行状态；
所述仿真网络连通性校验指的是每个仿真节点控制微服务向所属仿真实验环境下的其他仿真节点发送PING命令来自动化监测网络连通性；首先从逻辑上划分出不同的仿真实验环境，并获取到仿真节点所属环境下的其他仿真节点的IP地址；接着通过多线程异步向每个IP地址发送PING命令，根据接收到的反馈情况判断节点之间的联通性，若存在通信异常则会立刻向仿真运行控制微服务预警，仿真实验人员可以根据预警信息对指定环境下的网络情况进行排查；
所述仿真样本加载校验指的是对指定仿真运行控制节点中是否加载了仿真样本进行校验，每个仿真系统需加载一个仿真样本作为实验样本；通过仿真节点控制微服务获取数据目录下的文件信息，若不存在指定的想定样本则需重新加载；
通过上述内容可知，采用本发明实施例的有益效果是：
(1)通过镜像的形式保存仿真模型与支撑软件的运行依赖环境，可快速创建同一仿真模型与支撑软件的多个运行节点，无需实验人员重复配置仿真环境依赖，同时便于仿真系统在不同物理环境下的迁移；
(2)Ceph集群中多节点共享存储，部署仿真模型与支撑软件的仿真节点可基于RBD块设备的COW写时复制特性在秒级时间内快速构建，可支持多样本仿真实验环境的大规模集群部署场景；
(3)实验人员通过交互界面可根据仿真实验需求灵活组合仿真系统中的仿真模型以及支撑软件，无需接触和操作云平台的细节，依托静态部署微服务的整体管控以及动态生成微服务的实时响应自动化完成单个或多个仿真实验环境的部署工作，大大提高仿真实验环境的部署效率，使实验人员专注于仿真实验内容。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应该包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法，其特征在于，包括：
基于微服务架构将仿真实验环境部署过程划分为多种微服务功能，包括多种虚拟机级别以及进程级别操作；
通过多种类仿真资源的镜像封装，将仿真资源存储于Ceph分布式存储系统中，可通过OpenStack云平台的微服务接口实现仿真资源的实时校验与调用；
通过微服务协同管控OpenStack中的多个组件生成多个仿真节点以及配置仿真网络，同时通过每个仿真节点中动态生成的微服务应用响应执行部署操作，完成单样本以及多样本仿真实验环境部署。
2.根据权利要求1所述的一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法，其特征在于，所述仿真实验环境部署的架构自下而上地包括基础资源层、微服务管控层以及应用交互层。
3.根据权利要求2所述的一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法，其特征在于，所述基础资源层以多台CentOS7物理机作为云平台的控制节点、存储节点、计算节点，完成Train版本的OpenStack云平台的部署；
同时，将Ceph分布式存储系统作为OpenStack的Nova、Glance、Cinder组件的后端存储，改变多种类仿真资源传统的本地文件系统存储方式，通过镜像打包的方式保存环境配置，并以RBD块设备的形式存储于Ceph分布式存储系统中。
4.根据权利要求2所述的一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法，其特征在于，所述微服务管控层基于微服务架构将仿真实验环境部署过程划分为静态部署微服务以及动态生成微服务，静态部署微服务包括虚拟资源管控微服务、仿真运行控制微服务、配置中心微服务，动态生成微服务包括随着每个仿真节点动态上线的仿真节点控制微服务。
5.根据权利要求4所述的一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法，其特征在于，所述虚拟资源管控微服务可灵活管控云平台中的计算、存储、网络资源，根据仿真实验需求灵活调整虚拟资源分配；通过仿真运行控制微服务发起并调度指定微服务完成仿真资源的云端获取、仿真实验环境的部署；通过配置中心微服务管理所有微服务的配置文件，可动态修改微服务的配置参数，实现动态生成微服务的差异化注册。
6.根据权利要求4所述的一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法，其特征在于，所述每个仿真节点中动态上线的仿真节点控制微服务响应完成仿真模型以及支撑软件加载、样本加载、网络检测等功能。
7.根据权利要求2所述的一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法，其特征在于，所述应用交互层包括仿真资源云端管理、仿真实验环境部署；
仿真资源云端管理中包括虚拟资源以及仿真相关的仿真运行镜像、仿真模型、支撑软件、仿真样本的管理；仿真实验环境构建中包括仿真实验描述，仿真节点规划以及虚拟资源配置。
8.根据权利要求1所述的一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法，其特征在于，所述仿真实验环境部署方法中包括：
(1)仿真资源准备：在Windows7操作系统中安装仿真系统的多个仿真模型以及支撑软件，配置仿真环境依赖，以镜像打包的方式生成多个仿真系统运行环境镜像，同时以VHD磁盘格式生成多个仿真模型以及支撑软件虚拟磁盘；
(2)仿真资源云端存储：将仿真系统运行环境镜像以及虚拟磁盘存储于Ceph分布式存储系统中，并为镜像添加Metadata元数据信息；
(3)仿真实验环境生成：实验人员在交互页面中规划仿真实验需求，所述仿真运行控制微服务生成并解析仿真实验规划文件，调用所述虚拟资源管控微服务生成仿真实验虚拟机集群；所述仿真节点控制微服务随着所述仿真实验虚拟机集群的生成而动态上线，并响应完成仿真模型以及支撑软件加载、样本加载、网络检测等操作。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202210373777.7A Pending CN116932130A (zh) | 2022-04-07 | 2022-04-07 | 一种基于OpenStack的仿真实验环境部署方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116932130A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118069173A (zh) * | 2024-04-25 | 2024-05-24 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种应用系统无侵入迁移上云方法及系统 |
-
2022
- 2022-04-07 CN CN202210373777.7A patent/CN116932130A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118069173A (zh) * | 2024-04-25 | 2024-05-24 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种应用系统无侵入迁移上云方法及系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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