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基于openstack的云计算资源分层调度系统

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基于OpenStack的云计算资源分层调度系统

作者：韦昊典西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着移动互联网的快速发展,云计算的规模和技术水平不断提高,单个云计算中心的处理能力逐渐难以满足不断增长的用户需求,包含多个云计算中心的云计算平台应运而生。云计算平台通过整合多个云计算中心,能够按照用户的需求跨中心调度资源... 详细信息

随着移动互联网的快速发展,云计算的规模和技术水平不断提高,单个云计算中心的处理能力逐渐难以满足不断增长的用户需求,包含多个云计算中心的云计算平台应运而生。云计算平台通过整合多个云计算中心,能够按照用户的需求跨中心调度资源,完成任务,最大限度的满足用户要求。当前,随着新业务的不断拓展,商用云计算平台需要管理的云计算中心数量以及各个云计算中心内的服务器数量不断增加,这意味着云计算平台的资源规模不断变大,甚至需要跨地域进行广域式管理和调度。而如何合理、高效、可靠、持续的统一管理和调度规模暴涨的云计算平台资源,已经成为云计算领域中的重要技术问题。为此,本文提出了一种新的云计算资源分层调度系统。该系统包括资源调度和系统监控两大功能模块。在进行资源调度时,将其分为云计算中心层、物理节点层、虚拟节点层三个不同层次,采用通用调度算法,高效协调调度云计算平台所管辖的资源,完成任务。为保障云计算中心内各节点与任务的正常运行,持续管理云计算资源,系统监控模块通过周期性地采集节点资源占用指标等相关信息,对节点的运行状态进行检测,当出现预警或异常时,能够自动对异常节点上运行的任务进行迁移,提高系统的可靠性。针对核心的资源调度问题,本文提出了一种基于反向拍卖理论的通用调度算法,并将其成功应用到云计算中心层、物理节点层、虚拟节点层三个不同层次的调度中。该算法将调度过程视为拍卖过程,以用户提交的任务需求作为拍卖物,各个云计算中心、物理节点、虚拟节点分别在不同层次中的调度作为竞标者,提供标书竞拍任务。在选择胜标方时,该算法以标书的资源提供量和任务资源需求量的欧式距离作为基底价格,并使用标书内其他因素对基底价格进行加权,计算得到最终的标书价格,价格最高者被确定为胜标方。该算法通过对标书元素的不同设置,可以应用在不同层次的调度上,从而降低了调度系统因使用不同算法而带来的复杂性,减少了系统的运维成本。系统监控模块按照既定的监控方案采集和存储节点的资源使用信息,并根据监控信息进行两种不同类型的检测。第一种类型是任务启动时的实时检测,发生在资源调度结束后,主要检测是否在选定的物理节点上成功地创建了虚拟节点,以及任务是否正常启动;第二种类型是任务运行中的定时检测,周期性检查中心内所有虚拟节点、物理节点的运行情况,并使用马尔可夫预测方法对物理节点未来某个时刻的负载做预测,如果负载超过阈值或运行出现异常,则自动将其上的任务迁移到其它正常节点上。本文基于openstack Stein版本实现了原型系统,并搭建了两种不同的实验环境,分别对分层调度系统以及基于反向拍卖的通用调度算法进行测试。第一种实验环境将基于openstack搭建的两个云计算中心放置于不同网段中,构建一个两层架构的广域云计算平台,用于承载并测试分层调度系统。实验结果表明,分层调度系统减少了调度过程中产生的计算量,缩短了整体调度时间。第二种实验环境基于Python搭建仿真环境,用于模拟一个含有多个物理节点的云计算中心,测试通用调度算法。实验结果表明,基于反向拍卖的调度算法保证了云计算中心内物理节点的负载均衡,从而减少了云计算中心的总能耗,提高了任务完成率,进而提升了云服务的质量。

关键词：云计算分层调度反向拍卖 openstack 马尔可夫预测

基于openstack的民航票务系统安全技术研究

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基于OpenStack的民航票务系统安全技术研究

作者：李任坤中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

近年来随着我国民航业以及经济水平的迅猛发展,选择飞机出行的人数也在飞速增加,成倍的人员流动使得票务系统面临巨大挑战。传统数据中心架构的票务系统由于存在成本高、扩展性差、数据共享性差等问题,已然无法满足行业日益增长的需求,... 详细信息

近年来随着我国民航业以及经济水平的迅猛发展,选择飞机出行的人数也在飞速增加,成倍的人员流动使得票务系统面临巨大挑战。传统数据中心架构的票务系统由于存在成本高、扩展性差、数据共享性差等问题,已然无法满足行业日益增长的需求,所以将其部署到云平台已是大势所趋,而云平台的安全与否与其承载的票务系统能否稳定运行息息相关,因此对于云平台的安全性研究具有重要意义。openstack云平台凭借其成熟架构、稳定体验、简单操作以及开源的特性,在市场中占据着绝对的优势,其中Keystone组件是保证其安全性的核心,主要负责云平台的授权和认证,但由于目前绝大多数票务系统的组件仅提供简易的安全认证框架和流程,仍然存在安全漏洞。本文针对基于openstack的民航票务系统中存在的安全问题,在openstack的基本认证框架基础上进行了完善和改进,小结如下:首先分析了民航票务系统的系统架构,基于加密技术对认证框架中的UUID认证过程中使用的令牌进行修正,设计了对应的认证协议,以实现用户与资源服务器之间识别相互身份并在过程中对会话密钥进行协商认证,为后续通信数据提供加密,这样即便非法闯入用户获取到了Token也无法使用具体资源或服务。其次采用扩充和完善的Barbican功能来完成对Keystone框架的密钥控制。同时,利用开源项目优化其密钥存储插件,并使用基于椭圆曲线的加密算法改善其加密插件,以此增强安全体系的稳定性,为本文提出的方案提供了密钥安全管理支撑。最后结合民航票务系统的结构属性和管理需求,采用Linux平台构建openstack实验测试平台,对以上方法完成了功能验证,并和原有组件进行对比。结果表明,经过改进的认证模块安全性更高,在用户和资源服务器之间可以进行交互验证,并通过协商会话密钥以保障后续传输数据的可靠性。

关键词：云计算技术 openstack Keystone 安全认证

基于Kubernetes的openstack私有云平台的设计和实现

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基于Kubernetes的OpenStack私有云平台的设计和实现

作者：肖鹏飞北京交通大学

学位级别：硕士

随着云计算技术蓬勃发展并成为不可逆的趋势,互联网巨头们纷纷发布了相应的云计算战略,为用户提供一系列的云计算服务。在云计算领域,openstack和Kubernetes是热度最高使用最广泛的两个开源项目。前者提供云主机服务,功能模块全面,隔离... 详细信息

随着云计算技术蓬勃发展并成为不可逆的趋势,互联网巨头们纷纷发布了相应的云计算战略,为用户提供一系列的云计算服务。在云计算领域,openstack和Kubernetes是热度最高使用最广泛的两个开源项目。前者提供云主机服务,功能模块全面,隔离性好,但在物理机上部署较为困难,灵活性和资源利用率较低。后者基于容器引擎提供容器云服务,部署灵活性和资源利用率更高,但无法达到主机隔离标准,且不适用提供大规格计算资源服务。针对这一问题,将openstack和Kubernetes结合起来,形成优势互补,成为新的趋势。目前主要有三种方式,一是将Kubernetes集群部署在openstack创建的虚拟机集群上,这种结合方式的核心仍是容器云服务,无法提供主机级别的隔离。二是将openstack部署在Kubernetes集群上,使得openstack的部署具备兼容性和快捷性,同时在扩展性上更具备灵活性,具备主机级别的隔离程度,适合大规模计算资源服务场景。三是openstack和Kubernetes共存,这种方式的出现往往是因为企业内部的基础架构平台同时采用了云主机和容器部署业务,需要实现不同架构业务之间的结合,这属于特定场景。为提供主机隔离级别的云服务,并且适用大规格计算资源服务场景,论文以在Kubernetes集群上部署openstack这一模式为背景,设计实现私有云平台,主要工作为三部分:一是设计实现私有云平台资源管理各模块功能。各模块包括云主机、云盘、云网络与安全组、云镜像以及云监控和通知管理。模块内部代码保持服务数据出入口层、服务层、持久层和openstack操作层的模式设计,基于openstack各个组件的API进行资源的操作,同时基于Kubernetes集群的服务发现特性,实现容器服务之间接口字段的传递、解析和传出。二是设计实现私有云平台资源自适应调整和迁移功能。通过算法设计,对虚拟机设定负载阈值方案和监控频率方案,以曲线拟合方式对资源进行预测,实现对虚拟机资源的动态伸缩。通过对虚拟机和集群资源计算权重从而设计方案选择源虚拟机和目的虚拟机,实现虚拟机的自适应迁移。将资源自适应模块嵌入到云监控和通知管理模块里,实现虚拟机类似于容器的自动编排和缩容。三是设计实现私有云平台部署工具。利用openstack-Helm,将openstack组件封装成镜像并部署在Kubernets集群中,实现在Kubernetes集群上部署openstack。制作和部署私有云平台所需离线资源包,制作和部署私有云平台资源管理各模块的容器镜像,最后基于Kubespray和Ansible的集成完成部署工具的实现。本文首先从私有云的发展现状、openstack和Kubernetes技术结合现状以及私有云资源自适应技术研究现状三个方面结合国内外文献进行论述并作技术分析,选定技术方案。然后依据软件开发流程,进行需求分析、整体设计、详细设计和实现等环节。最后设计测试方案,对云平台的各项功能进行测试验证,结果符合预期,基本实现了基于openstack和Kubernetes的私有云平台的相应功能。

关键词：私有云 Kubernetes openstack 资源自适应

An Intent-Driven Closed-Loop Platform for 5G Network Service Orchestration

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Computers, Materials & Continua 2022年第3期70卷 4323-4340页

作者： Talha Ahmed Khan Khizar Abbas Afaq Muhammad Wang-Cheol Song Department of Computer Engineering Jeju National UniversityJejuKorea

The scope of the 5G network is not only limited to the enhancements in the form of the quality of service(QoS),but it also includes a wide range of services with various requirements.Besides this,many approaches and platforms are under the umbrella of 5G to achieve the goals of endto-end service provisioning.However,the management of multiple services over heterogeneous platforms is a complex task.Each platform and service have various requirements to be handled by domain experts.Still,if the next-generation network management is dependent on manual updates,it will become impossible to provide seamless service provisioning in runtime.Since the traffic for a particular type of service varies significantly over time,automatic provisioning of resources and orchestration in runtime need to be integrated.Besides,with the increase in the number of devices,amount,and variety of traffic,the management of resources with optimization becomes a challenging task.To this end,this manuscript provides a solution that automates the management and service provisioning through multiple platforms while assuring various aspects,including automation,resource management and service assurance.The solution consists of an intent-based system that automaticallymanages different orchestrators,and eliminates manual control by abstracting the complex configuration requirements into simple and generic contracts.The proposed systemconsiders handling the scalability of resources in runtime by usingMachine Learning(ML)to automate and optimize service resource utilization.

关键词： IBN ML 5G NFV XOS OSM SDN ONOS openstack

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openstack平台构建及应用实例

电脑与信息技术 2023年第6期31卷 58-61页

作者：梅俊黄山职业技术学院图文信息中心安徽黄山245000

本文介绍了openstack平台框架、核心组件以及运行机制。在校园网络实训环境下,安装基础运维以及搭建openstack平台,通过平台实例创建云主机整个过程。旨在使读者理解openstack框架,并在此基础上做更深层次的关键技术研究。

关键词： openstack 平台搭建云主机

openstack构架下计算机实验中心云平台的设计

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中国远程教育 2014年第17期 78-82页

作者：孙隽韦萍萍李激扬冉启彬重庆交通大学信息技术中心贵州师范学院数学与计算机科学学院

高校中逐步实现云计算是教育信息化发展的必然趋势。该方案以计算机实验中心(机房)现有设备为基础,基于openstack部署了私有云基础平台。在此基础平台上,进一步设计了教学科研服务平台,并根据教研实际情况对客户端和云服务器上的软件进... 详细信息

高校中逐步实现云计算是教育信息化发展的必然趋势。该方案以计算机实验中心(机房)现有设备为基础,基于openstack部署了私有云基础平台。在此基础平台上,进一步设计了教学科研服务平台,并根据教研实际情况对客户端和云服务器上的软件进行了合理布局,使教学效果和科研服务能力有了明显提升,使资源得到更有效的利用。同时该方案的实施为学校进一步建设校级云平台提供了实践经验和借鉴。

关键词： openstack 教学科研云平台模块

openstack构建下的云计算平台实现与研究

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激光杂志 2014年第11期35卷 117-119页

作者：赵保华阿坝师范高等专科学校四川阿坝623002

通过对云计算的关键技术进行了概述,并对openstack项目进行了分析,掌握了其构成单元及重要组件的功能,之后以此为基础搭建了基于openstack的云计算平台,并对其总体结构和工作原理进行了说明,接着,文章提出了适用于云计算平台的容错机制... 详细信息

通过对云计算的关键技术进行了概述,并对openstack项目进行了分析,掌握了其构成单元及重要组件的功能,之后以此为基础搭建了基于openstack的云计算平台,并对其总体结构和工作原理进行了说明,接着,文章提出了适用于云计算平台的容错机制,并给出了该机制的运行原则。最后,文章对云计算平台的性能进行了模拟测试,并以测试所得结果论证了平台的的有效性。本文所做的研究可以为相关理论分析和实际应用提供参考。

关键词： openstack 云计算平台实现公有云数据计算

基于openstack桌面云实验环境的设计与实现

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保密科学技术 2023年第2期 42-47页

作者：李扬柯文俊国家保密科技测评中心中国航天系统科学与工程研究院

随着云计算技术的不断完善和推广使用,桌面云作为云计算的一种应用形态越来越受到关注。openstack作为云计算平台,其良好的开放性赢得了广阔市场。针对传统网络实验环境运维成本高、利用率低等一系列问题,本文利用虚拟化技术设计并实现... 详细信息

随着云计算技术的不断完善和推广使用,桌面云作为云计算的一种应用形态越来越受到关注。openstack作为云计算平台,其良好的开放性赢得了广阔市场。针对传统网络实验环境运维成本高、利用率低等一系列问题,本文利用虚拟化技术设计并实现了基于openstack的桌面云实验环境,在提高资源利用率的同时,实现IT资源的按需供给和实验环境的灵活构建。

关键词： openstack 虚拟化云计算

基于openstack云计算平台的身份认证系统设计

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保密科学技术 2023年第10期 51-55页

作者：王海涛王丹陆军工程大学南京审计大学金审学院南京拓界信息技术有限公司

云计算在国家数字化转型和“东数西算”政策的推动下,迎来了新的发展契机。尽管云计算系统及相关应用已渗透到多个领域,但云计算面临的安全问题不容忽视,如在远程办公使用公共云盘传输数据可能因数据泄露而造成巨大损失。为了应对云计... 详细信息

云计算在国家数字化转型和“东数西算”政策的推动下,迎来了新的发展契机。尽管云计算系统及相关应用已渗透到多个领域,但云计算面临的安全问题不容忽视,如在远程办公使用公共云盘传输数据可能因数据泄露而造成巨大损失。为了应对云计算应用所面临的安全挑战,本文结合使用数字证书和身份认证技术,设计了一种便捷高效的基于openstack云计算平台的身份认证系统,并详细阐述了身份认证系统的组成框架、功能模块和工作流程。

关键词：云计算 openstack 身份认证数字证书数字签名