Openstack框架的大數(shù)據(jù)課程教學(xué)平臺(tái)搭建及實(shí)驗(yàn)規(guī)劃

1、Openstack 框架的大數(shù)據(jù)課程教學(xué)平臺(tái)搭建及實(shí)驗(yàn)規(guī) 劃Big data as a hot technology and services are widely used in fields such as social and academic. In this paper ， the process of teaching practice of big data and cloud computing course in Colleges and universities is little involved in the problem of environment configu

2、ration. Comprehensive students faced with complex configuration tools and methods of difficulties ，proposed using Devstack to achieve Openstack single node cloud platform to build a large data related courses platform to build experimental planning. In order to better serve the information professio

3、nal undergraduate talent training in Colleges and universities.0 引言 近年來(lái)，隨著社會(huì)信息化程度的加劇，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物 聯(lián)網(wǎng)被廣泛關(guān)注， 數(shù)據(jù)被認(rèn)為是基礎(chǔ)性資源， 逐漸影響每個(gè)人的 生活方式。高校作為實(shí)踐育人、推動(dòng)創(chuàng)新的載體，承擔(dān)著服務(wù)社 會(huì)、發(fā)展科學(xué)的重要任務(wù)。大部分工科類(lèi)高校，或綜合類(lèi)高校的 信息、計(jì)算機(jī)、 物聯(lián)網(wǎng)等專(zhuān)業(yè)均相繼開(kāi)授大數(shù)據(jù)與云計(jì)算等必修 課程，以滿(mǎn)足與時(shí)俱進(jìn)培養(yǎng)信息類(lèi)人才的需求。以西華大學(xué)計(jì)算機(jī)與軟件工程學(xué)院為例， 該學(xué)院累計(jì)三個(gè)本 科專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，軟件工程，物聯(lián)網(wǎng)均開(kāi)授大數(shù)據(jù)相 關(guān)課程。根據(jù)側(cè)重

4、點(diǎn)不同，開(kāi)授的課程分別為大數(shù)據(jù)與云計(jì)算， 移動(dòng)大數(shù)據(jù)技術(shù)，大數(shù)據(jù)分析等相關(guān)課程?；诖?， 本文以 Openstack 云平臺(tái)搭建為目標(biāo)， 規(guī)劃了兩個(gè) 重要的大數(shù)據(jù)課程實(shí)驗(yàn)：（ 1）用 Devstack 單機(jī)安裝 Openstack Juno 單節(jié)點(diǎn)環(huán)境。 （2）用虛擬機(jī)安裝 Devstack 。文中給出了實(shí) 驗(yàn)規(guī)劃的理由，實(shí)驗(yàn)流程、教師課前準(zhǔn)備以及學(xué)生操作步驟等， 以此填補(bǔ)我校學(xué)生實(shí)驗(yàn)缺乏平臺(tái)搭建實(shí)踐的空缺。1 OpenStack 安裝部署實(shí)驗(yàn)規(guī)劃 隨著行業(yè)軟件功能及不同環(huán)境版本的增加， 通過(guò)對(duì)近三年西 華大學(xué)各計(jì)算機(jī)與信息類(lèi)工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生首次接觸實(shí)踐課程難點(diǎn) 調(diào)查的問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)。 我們發(fā)現(xiàn)， 軟件

5、安裝與系統(tǒng)兼容被認(rèn)為是初學(xué) 者最難度過(guò)的首要關(guān)卡， 通常認(rèn)為的首個(gè)程序或首個(gè)應(yīng)用已經(jīng)不 再是阻礙學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的重要因素。大數(shù)據(jù)的課程尤為如此。不管是分布式批量計(jì)算的Hadoop、HBase、 Hive 、 Drill 等還是分布式流式計(jì)算的 Apache Storm ， 或者是云平臺(tái)搭建的Ope nStack，其安裝過(guò)程都尤為復(fù)雜。我校 計(jì)算機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)已行的大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)大綱并沒(méi)有面向?qū)W生的 安裝部署實(shí)驗(yàn)。往往學(xué)完相關(guān)課程，能夠做大數(shù)據(jù)分析，卻不能 自行部署適用的軟件環(huán)境。顯然需要做進(jìn)一步的改進(jìn)?；诖耍?本文在此提出一種可行的用于學(xué)生的 Opstack 安裝部署實(shí)驗(yàn)。用于教學(xué)的 OpenS

6、tack 平臺(tái)部署需要考慮應(yīng)用環(huán)境問(wèn)題：(1) Demo環(huán)境：快速，簡(jiǎn)單，最小化的Openstack環(huán)境，作為運(yùn)維操作課程的講課環(huán)境。 對(duì)硬件要求小， 采用現(xiàn)有硬件或者虛 擬化環(huán)境。( 2)學(xué)生實(shí)驗(yàn)環(huán)境： 低成本，學(xué)生親手體驗(yàn) Openstack 環(huán)境。安全性低。規(guī)模小，穩(wěn)定性 / 安全性要求低。適合開(kāi)源軟 件。本文提出的部署規(guī)劃適用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)環(huán)境。 Openstack 的部 署安裝分為三類(lèi)：?jiǎn)喂?jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，雙節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和多節(jié)點(diǎn)結(jié)果?？紤] 一般高校實(shí)驗(yàn)室的情況， 本科學(xué)生實(shí)驗(yàn)通常只能采取單節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) 布置。即一臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行所有的nova組件，同時(shí)也驅(qū)動(dòng)虛擬實(shí)例。這種配置只為實(shí)驗(yàn)的目的進(jìn)行安裝，其結(jié)構(gòu)圖

7、如圖 1 所示。1.1 Openstack 安裝部署實(shí)驗(yàn)一：用 Devstack 單機(jī)安裝 Openstack Juno 單節(jié)點(diǎn)環(huán)境通過(guò)多次物理服務(wù)器與虛擬指標(biāo)配比， 我們認(rèn)為以下環(huán)境為Devstack的最佳軟件環(huán)境：物理服務(wù)器16Core，64G, 600G由VMware軟件虛擬成10個(gè)環(huán)境，其虛擬配置分別為 Devstack 4Core，6G, 50G所有環(huán)境均由同一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制。圖2為 Devstack 實(shí)驗(yàn)環(huán)境的物理連接圖?？紤] Devstack 的標(biāo)準(zhǔn)安裝過(guò)程需要從 Internet 下載Openstack 代碼和 python 庫(kù)，而課堂環(huán)境沒(méi)有足夠的帶寬供大 家實(shí)時(shí)下載。因

8、此教師應(yīng)該預(yù)先準(zhǔn)備 Devstack 環(huán)境的鏡像。即 學(xué)生直接拿到老師配置好環(huán)境的 Devstack 并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行操 作。學(xué)生具體實(shí)驗(yàn)步驟規(guī)劃如下：(1)學(xué)生分組及各節(jié)點(diǎn) IP 由教師預(yù)先配置，如表 1 所示。 按照 10人一組為編號(hào)，共享一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)(vCenter )，10人分別對(duì)應(yīng)前面所述虛擬化的 10個(gè)環(huán)境，此種配置采用 4 臺(tái)物理 服務(wù)器一般情況下即能滿(mǎn)足一個(gè)教學(xué)單位的教學(xué)。 也可根據(jù)實(shí)際 情況做小量微調(diào)。(2) 學(xué)生操作流程如下：打開(kāi)筆記本 wifi功能(如是臺(tái) 式機(jī)則用無(wú)線(xiàn) wifi 工具轉(zhuǎn)接)，連接自己的 wifi SSID 。自 動(dòng)獲取IP地址，ping通各自分組的控制節(jié)

9、點(diǎn)地址。通過(guò)SSH進(jìn)入自己的 Devstack 實(shí)驗(yàn)環(huán)境， 以 glin 用戶(hù)登錄。 登錄之后打 開(kāi)localrc 文件，修改IP : HOST_IP自己的主機(jī)IP地址。另添 加新的配置 RECLONE=false、OFFLINE=true 和 disable_service tempest 。運(yùn)行 ./stack ，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)化編譯 openstack juno 版本。最后出現(xiàn)登錄 Openstack的方法表示安裝成功。執(zhí) 行./stack.sh，從輸出信息“ This is your host ip :00 ； Horizon is now available at h

10、ttp ： /00/； Keystone is serving at http：/00： 5000/ ； The default users are： admin anddemo； The password： password ；2016-0102 11： 52： 48.731 | stack.sh completed in 240 seconds.”可以知道執(zhí)行的步驟和結(jié)果。 學(xué)生需要學(xué)會(huì)安裝后的細(xì)節(jié)檢查。 第一種方式為通 過(guò)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn) Openstack 服務(wù)。另一種方式為通過(guò)命令行模式檢 查環(huán)境變量和服務(wù)狀態(tài)。1.2 Openstack 安裝部署實(shí)

11、驗(yàn)二：用虛擬機(jī)安裝 Devstack 在 1.1 節(jié)中，教師事先配置了 Devstack 環(huán)境并發(fā)布給學(xué)生 操作。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，可以學(xué)習(xí) Devstack 的安裝方法。 實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）安裝 Vmware Workstation 虛擬化軟件，要注意該軟 件只在Windows平臺(tái)運(yùn)行。（2）創(chuàng)建 Ubuntu 14.04 虛擬機(jī)，虛擬機(jī)類(lèi)型為 Linux 下 Ubuntu64位，虛擬機(jī)資源動(dòng)態(tài)分配 4G內(nèi)存和50G硬盤(pán)，配置虛 擬機(jī)第一塊網(wǎng)卡為NAT模式，第二塊網(wǎng)卡為Host-Only模式；下 載 Ubuntu 14.04 官方安裝包鏡像安裝并創(chuàng)建一個(gè)用戶(hù)，用于 Devstack 安裝

12、，其余均選擇默認(rèn)。（3）配置網(wǎng)絡(luò)連接。（4）下載 Devstack 軟件包，配置 Devstack 。（5）配置 Openstack 安裝環(huán)境，下載并安裝 Openstack 運(yùn) 行所需要的系統(tǒng)軟件，大概包括一些 python 的組件、 mysql 、 rabbitmq-server 等。下載 openstack 組件，包括 nova 、 keystone 、glance 、noVNC、horizon 等。下載并安裝 openstack 源碼所依賴(lài)的 python 庫(kù)和框架。安裝 openstack 各組件。啟動(dòng) 各項(xiàng)服務(wù)。（6）如 1.1 節(jié)所描述自動(dòng)安裝 Openstack 組件并執(zhí)行安裝 后的檢查。 Openstack 單節(jié)點(diǎn)部署實(shí)驗(yàn)過(guò)程完畢。學(xué)生提交執(zhí)行 記錄及截圖報(bào)告用于實(shí)驗(yàn)成績(jī)考評(píng)。2 結(jié)論 本文考慮高校大數(shù)據(jù)與云計(jì)算課程教學(xué)實(shí)踐過(guò)程較少涉及 環(huán)境配置方面的問(wèn)題。 綜合學(xué)生面對(duì)繁雜的配置工具和方法的困 難，以西華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)課程教學(xué)為基礎(chǔ)， 提 出了用 Devstack 實(shí)現(xiàn) Openstack 單節(jié)點(diǎn)云平臺(tái)搭建