OpenStack入门体验

目录

什么是云计算

云计算的服务模型

OpenStack概述

OpenStack一键部署

使用packstack一键离线部署OpenStack

通过 Dashboard体验OpenStack功能

创建云主机

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什么是云计算

云计算是一种通过网络（通常是互联网）提供计算资源和服务的模式，它可以让用户按需获取服务器、存储、数据库、软件等资源，而无需自己搭建和维护物理基础设施。以下是关于云计算的详细介绍

一、核心概念

云计算的本质是将分散的计算资源（如服务器、存储设备等）通过网络整合起来，形成一个巨大的 “资源池”，并以服务的形式交付给用户。用户无需关心这些资源的具体位置和实现方式，只需通过网络连接即可使用。

二、关键特征

五、优势与应用场景

优势

应用场景

六、发展趋势

• 按需自助服务：用户可根据自身需求，自主申请和使用计算资源（如服务器的 CPU、内存、存储空间等），无需人工干预。
• 广泛的网络访问：资源可通过互联网或局域网被访问，用户可在任何地方、使用各种设备（如电脑、手机）接入。
• 资源池化：服务提供商将计算资源集中管理，动态分配给不同用户，实现资源的共享和优化利用。
• 快速弹性扩展：资源可根据用户需求快速增加或减少，例如在业务高峰期自动扩展服务器容量，低谷期释放资源以节省成本。
• 可计量的服务：系统会自动监控和计量用户对资源的使用情况，按使用量（如存储容量、计算时间、流量等）计费，透明且灵活。

• 三、服务模式

  根据服务的层次和类型，云计算主要分为以下三种模式：

   

  服务模式	定义	常见示例
  基础设施即服务（IaaS）	提供基础的计算、存储和网络资源，用户可自行部署操作系统和应用程序。	亚马逊 AWS EC2、微软 Azure 虚拟机、阿里云 ECS
  平台即服务（PaaS）	提供开发和运行应用程序的平台，包括操作系统、数据库、中间件等。	谷歌 App Engine、Heroku、阿里云 PAAS
  软件即服务（SaaS）	直接向用户提供可通过网络访问的软件应用，用户无需安装和维护软件。	微软 Office 365、Salesforce、钉钉

  四、部署模式

  根据服务的部署位置和使用对象，云计算可分为以下几种部署模式：

• 公有云：由第三方服务提供商运营，通过互联网向公众提供服务，资源共享且成本较低（如 AWS、阿里云、腾讯云）。
• 私有云：为特定组织或企业单独构建，部署在企业内部数据中心或托管场所，安全性和可控性更高（如企业自建的云平台）。
• 混合云：结合公有云和私有云，通过技术手段实现两者的资源互通和数据共享，兼顾灵活性和安全性（如企业将敏感数据存储在私有云，非敏感业务部署在公有云）。
• 社区云：多个相关组织或机构共享的云平台，通常用于满足特定行业或社区的共同需求（如医疗行业的共享云平台）。
• 降低成本：无需购买和维护大量硬件设备，按需付费，减少初期投资和运维成本。
• 提高效率：资源部署和扩展速度快，用户可专注于业务开发，而非基础设施管理。
• 灵活性强：可根据业务需求动态调整资源，适应流量波动（如电商大促时的服务器扩容）。
• 可靠性高：服务提供商通常有专业的容灾和备份机制，保障数据和业务的连续性。
• 企业 IT 基础设施：企业通过云计算部署网站、邮箱、ERP 系统等，减少服务器运维压力。
• 大数据分析：利用云计算的大规模计算能力处理和分析海量数据（如用户行为分析、市场趋势预测）。
• 人工智能与机器学习：借助云平台的高性能计算资源训练模型（如语音识别、图像识别）。
• 软件开发与测试：开发者在 PaaS 平台上快速搭建开发环境，测试和部署应用程序。
• 个人服务：如云存储（百度网盘、Dropbox）、云游戏（无需高性能电脑即可运行大型游戏）。
• 边缘计算融合：云计算与边缘计算结合，在靠近终端设备的边缘节点处理数据，降低延迟（如自动驾驶、工业物联网）。
• 容器化与微服务：通过 Docker、Kubernetes 等技术优化云资源的部署和管理，提高应用的可移植性和弹性。
• 绿色云计算：服务提供商致力于使用可再生能源，降低数据中心的能耗，实现低碳发展。
• 量子计算集成：未来可能将量子计算能力融入云计算，解决复杂的科学计算和加密问题。

云计算的服务模型

云计算的服务模型是根据用户需求和服务交付层次划分的核心架构，主要分为基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS） 三种模式。以下是对这三种服务模型的详细解析：

一、基础设施即服务（Infrastructure as a Service, IaaS）

定义

提供基础 IT 基础设施的云端资源，用户可按需获取计算、存储、网络等硬件资源，并自主控制操作系统、中间件和应用程序的部署。

核心能力

• 计算资源：虚拟服务器（VM）、物理服务器、容器实例（如 AWS EC2、阿里云 ECS）。
• 存储资源：块存储（如 EBS）、对象存储（如 S3）、文件存储（如 NFS）。
• 网络资源：虚拟网络（VPC）、负载均衡、防火墙、IP 地址管理。

用户职责与提供商职责

• 用户：管理操作系统、应用程序、数据及安全配置。
• 提供商：维护服务器、存储、网络等物理基础设施及虚拟化层。

典型场景

• 企业搭建官网或应用系统（如通过阿里云 ECS 部署 Web 服务器）。
• 大数据处理集群的弹性扩展（如 Hadoop 集群按需申请计算节点）。

二、平台即服务（Platform as a Service, PaaS）

定义

在 IaaS 基础上，提供完整的开发、测试、部署和运行应用程序的平台环境，免去用户对底层基础设施的管理。

核心能力

• 开发工具：集成开发环境（IDE）、代码仓库（如 GitHub 集成）、CI/CD 流水线。
• 运行环境：操作系统（如 Linux 发行版）、数据库（MySQL、PostgreSQL）、中间件（Tomcat、Redis）。
• 服务组件：消息队列（Kafka）、AI 模型训练框架（TensorFlow）、API 管理工具。

用户职责与提供商职责

• 用户：开发、部署和管理应用程序及数据。
• 提供商：维护基础设施、开发平台及运行环境。

典型场景

• 开发者快速构建 Web 应用（如使用 Google App Engine 开发 Python 应用）。
• 企业开发微服务架构系统（如通过 Heroku 部署 Spring Boot 微服务）。

三、软件即服务（Software as a Service, SaaS）

定义

直接向用户提供可通过网络访问的软件应用，用户无需安装、部署或维护软件，只需按需订阅使用。

核心能力

• 标准化应用：办公软件（如 Office 365）、客户关系管理（CRM，如 Salesforce）、企业资源计划（ERP，如 SAP Cloud）。
• 垂直领域服务：在线教育平台、医疗管理系统、人力资源管理（HRM）工具。
• 多租户架构：多个用户共享同一套软件实例，但数据隔离。

用户职责与提供商职责

• 用户：配置账号、使用功能及管理数据。
• 提供商：维护软件版本、服务器、安全及合规性。

典型场景

• 企业使用钉钉进行考勤和办公沟通。
• 个人通过 Canva 在线设计图片（无需安装本地设计软件）。

四、三种服务模型的对比

维度	IaaS	PaaS	SaaS
用户控制权	高（控制 OS、应用）	中（专注应用开发）	低（仅配置功能）
管理复杂度	高（需管理 OS 和底层资源）	中（无需管理基础设施）	低（开箱即用）
典型用户	IT 运维团队、企业开发者	应用开发者、初创团队	普通用户、企业业务部门
计费方式	按计算 / 存储 / 网络资源使用量计费	按应用实例数、资源消耗量计费	按用户数、功能模块订阅费计费
代表产品	AWS EC2、阿里云 ECS	Google App Engine、Heroku	Office 365、Salesforce

五、服务模型的延伸：XaaS（一切即服务）

随着云计算发展，衍生出更细分的服务模型：

• 数据库即服务（DBaaS）：如 AWS RDS，提供托管数据库服务，无需手动管理数据库服务器。
• 容器即服务（CaaS）：如 Docker Cloud，专注于容器化应用的部署和管理。
• 函数即服务（FaaS）：如 AWS Lambda，支持无服务器架构，用户仅需编写函数代码，无需管理服务器。

OpenStack概述

OpenStack 概述：开源云计算的核心引擎

一、OpenStack 的定义与定位

OpenStack 是一个开源的云计算管理平台，旨在通过软件定义的方式统一管理数据中心的计算、存储、网络等资源，实现基础设施即服务（IaaS）的自动化部署与管理。它由社区驱动开发，支持大规模集群的弹性扩展，被广泛应用于企业私有云、公有云和混合云场景。

二、发展历程与社区生态

1. 起源（2010 年）：由 Rackspace 和 NASA 联合发起，首个版本 “Austin” 发布，核心功能聚焦计算资源管理（Nova）和对象存储（Swift）。
2. 快速迭代：每年发布两个版本（以字母顺序命名，如 2023 年的 “Victoria”、2024 年的 “Wallaby”），功能从 IaaS 扩展到容器、AI 算力调度等领域。
3. 社区规模：截至 2025 年，全球超 500 家企业参与开发（如 Red Hat、SUSE、阿里云），用户包括 NASA、AT&T、招商银行等。

三、核心组件与功能架构

OpenStack 采用模块化设计，各组件通过 API 协同工作，主要包括：

1. 计算资源管理：Nova

• 功能：创建、管理虚拟机实例（VM），支持 CPU、内存资源的弹性分配与调度。
• 核心能力：热迁移（Live Migration）、高可用（HA）、资源监控（如 CPU 利用率、内存占用）。

2. 网络资源管理：Neutron

• 功能：提供软件定义网络（SDN）能力，支持虚拟网络（VPC）、负载均衡、防火墙规则配置。
• 典型场景：为虚拟机分配 IP 地址、搭建隔离的租户网络（如企业多部门网络隔离）。

3. 块存储管理：Cinder

• 功能：为虚拟机提供持久化存储卷（如 EBS 类似功能），支持快照、备份和卷扩容。
• 集成存储：对接 NFS、Ceph 等存储系统，实现存储资源的统一管理。

4. 对象存储：Swift

• 功能：提供海量非结构化数据存储（如图片、日志），支持高可用和分布式架构。
• 特点：无单点故障，适合备份、大数据分析等场景（如替代 AWS S3）。

5. 身份认证：Keystone

• 功能：统一身份认证与权限管理（IAM），支持多租户隔离和角色 - based 访问控制（RBAC）。
• 应用场景：企业内部不同部门用户的权限分配（如开发组仅能访问测试环境资源）。

6. 镜像服务：Glance

• 功能：管理虚拟机镜像（如 Linux 系统镜像、Windows 镜像），支持镜像上传、存储和分发。

7. 控制面板：Horizon

• 功能：Web 图形界面，方便管理员和用户可视化操作资源（如创建 VM、配置网络）。

四、OpenStack 的技术特点

1. 开源与灵活性：
   • 代码开源，企业可根据需求定制功能（如添加私有云特有的安全策略）。
   • 支持异构硬件（x86、ARM）和多种虚拟化技术（KVM、VMware、容器）。
2. 大规模可扩展性：
   • 单个集群可管理数千台服务器，通过添加节点实现资源无缝扩展。
3. 多云与混合云支持：
   • 可对接 AWS、Azure 等公有云，或与私有云组件（如 VMware）集成，构建混合架构。
4. 高可用性与自动化：
   • 组件支持多节点冗余（如 Nova 控制器集群），减少单点故障；通过 Heat 组件实现基础设施即代码（IaC）自动化部署。

五、应用场景与典型案例

1. 企业私有云：
   • 案例：某银行使用 OpenStack 搭建私有云，为核心业务系统提供隔离的计算资源，满足合规性要求。
2. 电信运营商公有云：
   • 案例：中国移动通过 OpenStack 构建公有云平台，为中小企业提供弹性计算服务。
3. 科研与教育领域：
   • 案例：高校利用 OpenStack 搭建教学云平台，学生可按需申请虚拟机进行实验（如大数据课程实践）。

六、与其他云计算方案的对比

维度	OpenStack	AWS/Azure（公有云）	VMware vSphere（传统虚拟化）
属性	开源、软件定义基础设施	商业公有云服务	商业虚拟化软件
控制权	高（自主管理基础设施）	中（依赖云厂商 API）	中（聚焦虚拟化层管理）
成本	硬件 + 运维成本较高（需自建数据中心）	按需付费，无前期硬件投入	软件授权费用高
适合场景	大型企业私有云、定制化需求	中小企业、快速上线业务	传统 IT 环境升级

七、挑战与发展趋势

1. 部署与运维复杂度：
   • 组件多、配置复杂，需专业团队维护（衍生出 Mirantis、SUSE 等商业支持服务）。
2. 容器与 Kubernetes 集成：
   • 近年来加强与 Kubernetes 的协同（如通过 OpenStack Magnum 管理容器集群），适应云原生趋势。
3. 边缘计算与 AI 支持：
   • 新增 Edge Computing、AI Resource Scheduler 等功能，拓展边缘场景（如工业物联网算力调度）。

OpenStack一键部署

OpenStack 一键部署方案解析

OpenStack 的部署复杂度较高，传统手动部署需配置多个组件及依赖关系，耗时耗力。因此，一键部署工具成为快速搭建 OpenStack 环境的关键。以下是主流一键部署方案及其技术解析：

一、主流一键部署工具对比

工具	特点	适用场景	技术栈
DevStack	单节点快速部署，用于开发测试环境	开发者学习、功能验证	Shell 脚本，支持最新版本
RDO Manager	基于 TripleO，支持多节点生产环境部署，Red Hat 官方推荐	企业级私有云部署	Heat 编排 + Puppet 配置管理
MAAS + Juju	MAAS 管理物理服务器，Juju 负责应用部署，支持大规模集群扩展	数据中心级部署	MAAS（裸机管理）+ Juju（Charm 模型）
Kolla-Kubernetes	基于 Kubernetes 容器化部署 OpenStack，简化升级和扩展	云原生架构部署	Docker + Kubernetes
OpenStack Charms	Canonical 提供的 Charm 组件，通过 Juju 部署，支持跨云集成	Ubuntu 环境下的快速部署	Juju + Ubuntu

二、DevStack：开发者首选的快速部署方案

1. 核心优势

• 单节点部署：15-30 分钟内完成最小化 OpenStack 环境搭建
• 高度可定制：通过local.conf配置文件自定义启用组件（如仅部署 Nova+Neutron）
• 版本同步：与 OpenStack 社区版本保持同步（如最新的 Victoria 版本）

2. 部署步骤

# 1. 准备Ubuntu 20.04服务器（至少8GB内存，50GB磁盘）
sudo apt update && sudo apt upgrade -y

# 2. 克隆DevStack仓库
git clone https://opendev.org/openstack/devstack
cd devstack

# 3. 创建local.conf配置文件（示例）
cat > local.conf << EOF
[[local|localrc]]
ADMIN_PASSWORD=secret
DATABASE_PASSWORD=\$ADMIN_PASSWORD
RABBIT_PASSWORD=\$ADMIN_PASSWORD
SERVICE_PASSWORD=\$ADMIN_PASSWORD

# 启用必要组件
ENABLED_SERVICES=n-cpu,n-api,n-cond,n-sch,n-novnc,n-cauth,neutron,q-svc,q-agt,q-dhcp,q-l3,q-meta,horizon,g-api,g-reg,key
EOF

# 4. 执行部署脚本
./stack.sh

. 验证部署

部署完成后，通过浏览器访问http://<服务器IP>，使用默认账号admin/secret登录 Horizon 控制台，查看虚拟机、网络等资源

三、RDO Manager：企业级生产环境部署

1. 架构特点

• 基于 TripleO（OpenStack on OpenStack），使用 OpenStack 自身组件部署管理 OpenStack
• 高可用设计：支持多控制器节点、负载均衡和数据库集群
• 自动化升级：通过 Heat 模板实现滚动升级，减少停机时间

2. 部署流程

# 1. 准备Undercloud节点（部署管理节点）
sudo yum install -y https://rdoproject.org/repos/rdo-release.rpm
sudo yum install -y python-tripleoclient

# 2. 配置instackenv.json定义物理节点
cat > instackenv.json << EOF
{
  "nodes": [
    {
      "pm_type": "ipmi",
      "pm_user": "admin",
      "pm_password": "password",
      "pm_addr": "192.168.1.101",
      "mac": ["00:11:22:33:44:55"]
    }
    // 添加更多计算、控制、存储节点...
  ]
}
EOF

# 3. 部署Overcloud（实际OpenStack环境）
openstack overcloud deploy --templates \
  -e /usr/share/openstack-tripleo-heat-templates/environments/network-isolation.yaml \
  -e /usr/share/openstack-tripleo-heat-templates/environments/storage-environment.yaml

四、Kolla-Kubernetes：云原生部署方案

1. 技术亮点

• 容器化组件：将每个 OpenStack 服务打包为 Docker 容器
• Kubernetes 编排：利用 K8s 的自动扩缩容、健康检查和服务发现能力
• 轻量级架构：减少服务间依赖，提升资源利用率

# 1. 安装Kubernetes集群（推荐kubeadm或RKE）
# 2. 配置Helm包管理器
curl https://raw.githubusercontent.com/helm/helm/master/scripts/get-helm-3 | bash

# 3. 部署OpenStack服务
helm repo add openstack https://charts.openstack.org
helm install openstack openstack/openstack \
  --namespace openstack \
  --values my-values.yaml  # 自定义配置（如数据库连接、网络设置）

 

网络配置建议

• 多网卡隔离：控制平面、数据平面、存储网络分开
• MTU 设置：Open vSwitch 建议设置 MTU 为 9000（需交换机支持）
• VLAN 规划：为租户网络预留足够 VLAN ID（如 100-4000）

3. 常见问题排查

• 服务启动失败：检查/var/log/stack.sh日志，确认依赖服务是否正常
• 网络不通：使用neutron net-list和nova list检查网络和虚拟机状态
• 认证失败：验证 Keystone 配置，检查/etc/keystone/keystone.conf中的数据库连接

六、商业化一键部署方案

• Red Hat OpenStack Platform：基于 RDO Manager，提供企业级支持和维护
• SUSE OpenStack Cloud：集成 SUSE Linux Enterprise Server，简化部署流程
• Mirantis OpenStack：容器化 OpenStack 发行版，支持快速升级和混合云集成

这些商业方案通常提供图形化界面、自动化监控和技术支持，适合对稳定性要求较高的企业用户

使用packstack一键离线部署OpenStack

离线环境准备

1. 硬件要求

组件	CPU	内存	存储	网络
部署节点	2 核 +	8GB+	100GB+ SSD	双网卡
控制节点	4 核 +	16GB+	50GB+	万兆网卡
计算节点	8 核 +	32GB+	1TB+	万兆网卡

2. 系统要求

• 操作系统：CentOS/RHEL 8.x（推荐）或 Rocky Linux 8.x
• 网络配置：
  • 管理网络（192.168.100.0/24）
  • 数据网络（192.168.101.0/24）
  • 外部网络（公网或专用网络）

二、在线环境下载资源

1. 创建资源下载脚本

#!/bin/bash
# download_packstack_resources.sh

# 创建下载目录
mkdir -p /opt/packstack_offline/{repos,puppet,images}
cd /opt/packstack_offline

# 1. 下载RDO OpenStack仓库
yum install -y https://rdoproject.org/repos/rdo-release.rpm
reposync -n -a x86_64 -p repos --repo=baseos --repo=appstream --repo=extras
reposync -n -a x86_64 -p repos --repo=openstack-victoria --repo=epel

# 2. 下载Packstack安装包
yum install -y --downloadonly --downloaddir=repos/packstack openstack-packstack

# 3. 下载Puppet模块
puppet module install --target-dir=puppet \
  puppetlabs-stdlib \
  puppetlabs-apache \
  puppetlabs-mysql \
  # 添加更多OpenStack相关模块...

# 4. 下载镜像文件
wget -P images https://download.cirros-cloud.net/0.5.2/cirros-0.5.2-x86_64-disk.img

# 创建本地仓库配置文件
cat > /etc/yum.repos.d/local.repo << EOF
[local-baseos]
name=Local BaseOS
baseurl=file:///opt/packstack_offline/repos/baseos
gpgcheck=0
enabled=1

[local-appstream]
name=Local AppStream
baseurl=file:///opt/packstack_offline/repos/appstream
gpgcheck=0
enabled=1

# 添加其他仓库...
EOF

 

yum install -y /opt/packstack_offline/repos/packstack/*.rpm

# 编辑answer.txt，修改以下关键参数
CONFIG_CONTROLLER_HOST=192.168.100.10    # 控制节点IP
CONFIG_COMPUTE_HOSTS=192.168.100.11,192.168.100.12  # 计算节点IP
CONFIG_NETWORK_HOSTS=192.168.100.10      # 网络节点IP
CONFIG_STORAGE_HOST=192.168.100.13       # 存储节点IP（可选）

# 配置数据库和消息队列
CONFIG_MARIADB_HOST=192.168.100.10
CONFIG_AMQP_HOST=192.168.100.10

# 配置网络
CONFIG_NEUTRON_L2_AGENT=openvswitch
CONFIG_NEUTRON_ML2_TYPE_DRIVERS=vxlan,flat
CONFIG_PROVISION_DEMO=n                   # 不创建演示环境节省资源

通过 Dashboard体验OpenStack功能

OpenStack 的 Dashboard（Horizon）作为图形化管理界面，无需命令行即可直观操作云资源。以下从登录访问、核心模块功能到实战场景，详细介绍如何通过 Dashboard 全面体验 OpenStack 能力

创建云主机

1. 登录 Dashboard
   访问 http://<控制节点IP>/horizon，使用管理员或项目用户账号登录。

2. 导航至实例页面
   点击左侧菜单 计算 → 实例 → 启动实例。

3. 填写基本信息

   • 实例名称：自定义（如 web-server-01）
   • 描述：可选，简要说明用途
   • 可用区域：默认选择 nova

4. 选择镜像
   在 源 标签页中：

   • 选择 镜像 类型
   • 从下拉列表中选择系统镜像（如 Ubuntu 22.04）
   • 可点击 创建快照 基于现有实例创建自定义镜像

5. 选择规格（Flavor）
   在 Flavor 标签页中：

   • 选择预定义规格（如 m1.small：1 核 CPU、2GB 内存、20GB 磁盘）
   • 若规格不足，可联系管理员创建新 Flavor

6. 配置网络
   在 网络 标签页中：

   • 从 可用网络 列表选择已创建的网络（如 private-net）
   • 点击 + 添加到 已分配网络
   • 若需多网卡，重复添加其他网络

7. 添加密钥对
   在 访问与安全 标签页中：

   • 选择已创建的密钥对（如 my-key）
   • 注意：若未上传密钥，将无法 SSH 登录

8. 配置安全组

   • 默认选择 default 安全组（通常开放 ICMP 和 SSH）
   • 若需开放其他端口（如 Web 服务的 80/443），需提前配置安全组规则