OpenStack 雲計算平臺實戰 (微課版)

趙德寶，男，副教授、高級工程師，碩士學位。長期從事計算機網絡、雲計算等相關專業課程教學與研究。擔任主編教材2部《網絡設備配置與調試》、《ASP動態網頁設計》；擔任副主編教材《SQL Server 2012數據庫應用教程》、《計算機網絡項目教程》等3部。主持湖北省教育廳科技處項目並結題1項，參與省級課題2項；公開發表論文7篇；授權實用新型專利4個，取得軟件著作權2個；作為第一指導老師指導學生參加2019年全國職業技能大賽云計算賽項獲團體三等獎，省市級大賽榮獲20餘項榮譽。 2019年世界技能大賽武漢市選拔賽云計算賽項優秀教練；2019年湖北“工匠杯”優秀指導老師；第46屆世界技能大賽湖北省選拔賽云計算賽項裁判員；2021全國職業技能大賽網絡搭建與應用賽項（中職組）裁判員。

鍾小平 長期從事信息技術研究、教學、軟件開發和技術支持工作。近年來著有《網絡服務器配置與應用》《網絡拓展配置與管理》《網絡服務器配置完全手冊》《網絡操作系統——Windows Server 2012 R2配置與管理》和《Ubuntu Linux操作系統》等技術圖書和高校教材。

項目一 OpenStack安裝　1
學習目標　1
項目描述　1
任務一　了解雲計算　1
任務說明　1
知識引入　1
1．什麼是虛擬化　1
2．什麼是雲計算　2
3．雲計算架構　2
4．雲計算的部署模式　3
5．裸金屬雲　3
任務實現　3
1．了解商用雲計算平台　3
2．了解開源雲計算平台　4
任務二　了解OpenStack項目　4
任務說明　4
知識引入　5
1．什麼是OpenStack　5
2． OpenStack項目及其組成　5
3． OpenStack的版本演變　7
4． OpenStack基金會與社區　7
任務實現　8
1．了解OpenStack應用場景　8
2．調查國內的OpenStack應用現狀　9
任務三　理解OpenStack架構　10
任務說明　10
知識引入　10
1． OpenStack的設計基本原則　10
2． OpenStack的概念架構　10
3． OpenStack的邏輯架構　11
4． OpenStack組件之間的通信機制　12
5． OpenStack的物理部署架構　13
6． OpenStack的物理網絡類型　14
任務實現　14
1．了解基於OpenStack構建雲平台的問題　14
2．了解部署OpenStack的技術需求　15
任務四　部署與安裝OpenStack　15
任務說明　15
知識引入　15
1．運行OpenStack的操作系統平台　15
2． OpenStack部署拓撲　16
3． OpenStack部署工具　16
任務實現　18
1．準備OpenStack安裝環境　18
2．準備所需的軟件庫　20
3．安裝Packstack安裝器　20
4．運行Packstack安裝OpenStack　21
項目實訓　24
項目實訓一　調查移動雲的現狀　24
實訓目的　24
實訓內容　24
項目實訓二　使用Packstack安裝器安裝一體化OpenStack雲平台　24
實訓目的　24
實訓內容　24
項目總結　24
項目二　OpenStack快速入門　25
學習目標　25
項目描述　25
任務一　熟悉OpenStack圖形界面操作　25
任務說明　25
知識引入　25
1． Horizon項目　25
2． Horizon與Django框架　26
3． Horizon功能架構　26
4．項目與用戶　27
任務實現　27
1．訪問OpenStack主界面　27
2．訪問“項目”儀表板　30
3．訪問“管理員”儀表板　30
4．訪問“身份管理”儀表板　31
5．訪問“設置”儀表板　32
6．自定義儀表板和麵板　32
任務二　創建和操作虛擬機實例　33
任務說明　33
知識引入　34
1．創建虛擬機實例的前提條件　34
2．虛擬機實例與鏡像　34
任務實現　34
1．準備鏡像　34
2．查看實例類型　37
3．查看網絡　37
4．添加安全組規則　37
5．添加密鑰對　39
6．創建虛擬機實例　40
7．操作和使用虛擬機實例　43
任務三　實現虛擬機與外部網絡的通信　45
任務說明　45
知識引入　46
1． OpenStack的虛擬網絡　46
2．浮動IP地址　46
任務實現　46
1．將OpenStack主機網卡添加到br-ex網橋上　46
2．調整網絡配置　49
3．為虛擬機實例分配浮動IP地址　53
4．在Linux計算機上通過SSH訪問虛擬機實例　54
5．在Windows計算機上通過SSH訪問虛擬機實例　55
6．為虛擬機實例設置用戶賬戶和密碼　57
項目實訓　58
項目實訓一　練習OpenStack圖形界面操作　58
實訓目的　58
實訓內容　58
項目實訓二　創建和測試Fedora虛擬機實例　59
實訓目的　59
實訓內容　59
項目實訓三　開通虛擬機實例的外部通信　59
實訓目的　59
實訓內容　59
項目實訓四　在Windows計算機中通過SSH證書登錄Fedora虛擬機實例　59
實訓目的　59
實訓內容　59
項目總結　59
項目三　OpenStack基礎環境配置與API使用　60
學習目標　60
項目描述　60
任務一　了解OpenStack基礎環境配置　60
任務說明　60
知識引入　60
1．數據庫服務器　60
2．消息隊列服務　61
任務實現　62
1．驗證SQL數據庫　62
2．操作SQL數據庫　64
3．驗證NoSQL數據庫　66
4．驗證RabbitMQ　66
5．操作RabbitMQ　66
任務二　了解並使用OpenStack API　67
任務說明　67
知識引入　67
1．什麼是RESTful　API　67
2． OpenStack的RESTful　API　68
3． OpenStack的認證與API請求流程　69
4．調用OpenStack　API的方式　69
任務實現　70
1．獲取OpenStack認證令牌　70
2．向OpenStack雲平台發送API請求　72
任務三　使用OpenStack命令行客戶端　73
任務說明　73
知識引入　74
1．為什麼要使用命令行操作OpenStack　74
2．進一步了解OpenStack客戶端　74
3． openstack命令的語法　74
4．執行openstack命令所需的認證　75
任務實現　75
1．雲管理員通過openstack命令管理OpenStack雲平台　75
2．普通雲用戶通過openstack命令使用OpenStack雲服務　76
項目實訓　77
項目實訓一　使用cURL命令獲取實例列表　77
實訓目的　77
實訓內容　77
項目實訓二　使用openstack命令創建Fedora虛擬機實例　77
實訓目的　77
實訓內容　77
項目總結　77
項目四　OpenStack身份管理　78
學習目標　78
項目描述　78
任務一　理解身份服務　78
任務說明　78
知識引入　78
1． Keystone的基本概念　78
2． Keystone的主要功能　79
3． Keystone的管理層次結構　80
4． Keystone的認證流程　80
任務實現　82
1．查看當前的Identity　API版本　82
2．通過API請求認證令牌　82
3．使用認證令牌通過API進行身份管理操作　84
任務二　管理項目、用戶和角色　85
任務說明　85
知識引入　85
1．進一步了解項目、用戶和角色　85
2．命令行的身份管理用法　86
3．專用的服務用戶　87
任務實現　87
1．管理項目　87
2．管理用戶　89
3．管理角色　91
4．查看服務的API端點　91
5．使用命令行進行身份管理操作　91
任務三　通過oslo． policy庫實現權限管理　94
任務說明　94
知識引入　94
1． OpenStack的oslo． policy庫　94
2． policy． json文件的語法　94
任務實現　95
1．編寫簡單的policy． json策略　95
2．解讀policy． json策略　95
項目實訓　97
項目實訓一　通過圖形界面管理項目、用戶和角色　97
實訓目的　97
實訓內容　97
項目實訓二　通過命令行管理項目、用戶和角色　97
實訓目的　97
實訓內容　97
項目總結　97
項目五　OpenStack鏡像管理與製作　98
學習目標　98
項目描述　98
任務一　理解OpenStack鏡像服務　98
任務說明　98
知識引入　98
1．什麼是鏡像　98
2．什麼是鏡像服務　99
3． Glance架構　99
任務實現　100
1．查看Glance配置文件　100
2．驗證Glance服務　101
3．試用鏡像服務的API　101
任務二　管理OpenStack鏡像　102
任務說明　102
知識引入　102
1．虛擬機鏡像的磁盤格式和容器格式　102
2．鏡像的狀態　103
3．鏡像的訪問權限　103
4．鏡像的元數據　104
5．命令行的鏡像管理方法　104
任務實現　105
1．獲取鏡像　105
2．查看鏡像　106
3．創建鏡像　107
4．管理鏡像　108
5．轉換鏡像格式　109
任務三　基於預製鏡像定制OpenStack鏡像　110
任務說明　110
知識引入　110
1．什麼是cloud-init　110
2．什麼是實例快照　110
任務實現　111
1．通過預製的OpenStack鏡像創建一個虛擬機實例　111
2．對實例進行定制　111
3．定制cloud-init初始化行為　112
4．為上述實例創建快照　112
5．測試實例快照　113
6．將實例快照轉換成鏡像　114
任務四　使用自動化工具製作OpenStack鏡像　115
任務說明　115
知識引入　115
1． Diskimage-builder工具　115
2．其他自動化鏡像生成工具　115
任務實現　116
1．安裝Diskimage-builder　116
2．熟悉Diskimage-builder的用法　116
3．使用Diskimage-builder自動構建Ubuntu操作系統鏡像　117
任務五　手動製作OpenStack鏡像　119
任務說明　119
知識引入　119
1．手動製作鏡像　119
2． KVM虛擬化工具　119
3． KVM虛擬磁盤（鏡像）文件格式　120
4． VirtIO驅動程序與Cloudbase-Init　120
任務實現　121
1．部署KVM　121
2．手動創建Windows　Server 2012 R2操作系統鏡像　121
3．測試Windows　Server 2012 R2操作系統鏡像　126
4．測試Cloudbase-Init初始化設置　127
5．解決Windows虛擬機實例時間不同步問題　128
項目實訓　129
項目實訓一　通過命令行界面完成鏡像的基本操作　129
實訓目的　129
實訓內容　129
項目實訓二　基於預製鏡像定制Ubuntu操作系統雲鏡像　129
實訓目的　129
實訓內容　130
項目總結　130
項目六　OpenStack虛擬機實例管理　131
學習目標　131
項目描述　131
任務一　理解OpenStack計算服務　131
任務說明　131
知識引入　131
1．什麼是Nova　131
2． Nova所用的虛擬化技術　132
3． Nova的系統架構　133
4．虛擬機實例化流程　133
任務實現　134
1．驗證Nova服務　134
2．試用計算服務的API　134
任務二　創建和管理虛擬機實例　136
任務說明　136
知識引入　136
1． nova-api服務　136
2． nova-scheduler服務　136
3． nova-compute服務　138
4． nova-conductor服務　139
5． Nova計算服務與Placement放置服務　140
6．鏡像和實例的關係　140
7．命令行的實例創建用法　141
8．命令行的實例管理用法　142
任務實現　143
1．生成密鑰對　143
2．添加安全組規則　144
3．管理實例類型　144
4．創建實例　146
5．創建實例排錯　146
6．管理虛擬機實例　147
7．訪問虛擬機實例　147
任務三　注入元數據實現虛擬機實例個性化配置　148
任務說明　148
知識引入　148
1．元數據注入　148
2．元數據服務機制　149
3．配置驅動器機制　150
4．進一步了解cloud-init　150
任務實現　151
1．向虛擬機實例注入用戶數據　151
2．設置虛擬機實例的元數據（屬性）　153
3．驗證元數據服務機制　153
4．驗證配置驅動器機制　155
任務四　增加一個計算節點　156
任務說明　156
知識引入　156
1． Nova的物理部署　156
2． Nova的部署模式　156
任務實現　157
1．準備雙節點OpenStack雲平台安裝環境　157
2．編輯應答文件　157
3．使用修改過的應答文件運行Packstack安裝器　158
4．驗證雙節點部署　159
任務五　遷移虛擬機實例　160
任

務說明　160
知識引入　161
1．什麼是實例冷遷移　161
2．什麼是實例熱遷移　161
3．熱遷移命令行用法　161
任務實現　162
1．在計算節點之間配置SSH無密碼訪問　162
2．執行實例的冷遷移操作　162
3．實現熱遷移的通用配置　164
4．執行實例的熱遷移操作　165
項目實訓　167
項目實訓一　使用命令行創建Fedora虛擬機實例並註入用戶密碼　167
實訓目的　167
實訓內容　167
項目實訓二　增加一個計算節點並進行實例冷遷移　167
實訓目的　167
實訓內容　167
項目總結　167

項目七　OpenStack網絡管理　168
學習目標　168
項目描述　168
任務一　了解OpenStack網絡服務　168
任務說明　168
知識引入　168
1． Neutron項目　168
2． Neutron架構　169
3． Neutron網絡基本結構　170
任務實現　170

任務二　理解OpenStack網絡資源模型　172
任務說明　172
知識引入　172
1． Neutron的網絡　172
2．提供者網絡　173
3．自服務網絡　174
4． Neutron的子網　175
5． Neutron的端口　176
6． Neutron的路由器　176
7．網絡管理的命令行基本用法　177
任務實現　178

任務三　理解OpenStack網絡服務的實現機制　183
任務說明　183
知識引入　184
1． Neutron服務與組件的層次結構　184
2． neutron-server　184
3．插件與代理架構　185
4． ML2插件　185
5． L2代理　186
6． Open　vSwitch代理　187
7． L3代理　188
8． DHCP代理　190
9．元數據代理　190
任務實現　190
了解OpenStack網絡服務的物理部署　190

任務四　掌握OpenStack網絡服務與OVN的集成　191
任務說明　191
知識引入　191
1．什麼是OVN　191
2． OVN架構和實現機制　192
3． OpenStack　Neutron與OVN集成　193
4．集成OVN的Neutron網絡服務部署　194
任務實現　195

項目實訓　198
項目實訓一　驗證OpenStack網絡資源模型　198
實訓目的　198
實訓內容　199
項目實訓二　整理OpenStack網絡端口管理的命令行用法　199
實訓目的　199
實訓內容　199
項目實訓三　驗證OVN網絡的部署和配置　199
實訓目的　199
實訓內容　199
項目總結　199

項目八　OpenStack存儲管理　200
學習目標　200
項目描述　200
任務一　理解OpenStack塊存儲服務　200
任務說明　200
知識引入　201
1． Cinder的主要功能　201
2． Cinder與Nova的交互　201
3． Cinder架構　201
4． Cinder創建卷的基本流程　202
任務實現　203

任務二　創建和管理卷　204
任務說明　204
知識引入　205
1． cinder-api服務　205
2． cinder-scheduler服務　205
3． cinder-volume服務　206
4． cinder-backup服務　208
5． Cinder服務的部署　208
6．卷操作的命令行基本用法　208
任務實現　210

任務三　了解Swift對象存儲服務　215
任務說明　215
知識引入　215
1． Swift對象存儲系統　215
2． Swift的應用場景　216
3．對象的層次數據模型　216
4．對象層級結構與對象存儲API的交互　216
5．對象存儲的組件　217
6． Swift架構　218
任務實現　220

項目實訓　223
項目實訓一　使用命令行創建和管理卷　223
實訓目的　223
實訓內容　223
項目實訓二　驗證Cinder和Swift服務　223
實訓目的　223
實訓內容　223
項目總結　223

項目九　綜合演練——手動部署OpenStack　224
學習目標　224
項目描述　224

任務一　OpenStack雲部署規劃　224
任務說明　224
知識引入　224
1．架構設計　224
2．虛擬網絡方案設計　225
3．示例的網絡拓撲　227
4．示例架構的局限性　227
任務實現　227

任務二　OpenStack雲平台環境配置　229
任務說明　229
任務實現　229

任務三　安裝和部署Keystone身份服務　234
任務說明　234
知識引入　235
1． keystone-manage命令　235
2．其他服務在Keystone中的註冊　235
任務實現　235

任務四　安裝和部署Glance鏡像服務　240
任務說明　240
任務實現　240

任務五　安裝和部署Placement放置服務　242
任務說明　242
任務實現　242

任務六　安裝和部署Nova計算服務　245
任務說明　245
知識引入　245
1． Nova的Cell架構　245
2． Cell部署　246
3． Cell管理命令　247
任務實現　247

任務七　安裝和部署Neutron網絡服務　253
任務說明　253
任務實現　253

任務八　安裝和部署Horizon儀表板　263
任務說明　263
任務實現　264

任務九　安裝和部署Cinder塊存儲服務　266
任務說明　266
任務實現　266

項目實訓　271
項目實訓一　搭建OpenStack雲平台基礎環境　271
實訓目的　271
實訓內容　271
項目實訓二　安裝Keystone身份服務　271
實訓目的　271
實訓內容　271
項目實訓三　安裝Glance鏡像服務　271
實訓目的　271
實訓內容　271
項目實訓四　安裝Nova計算服務　271
實訓目的　271
實訓內容　272
項目實訓五　安裝Neutron網絡服務　272
實訓目的　272
實訓內容　272
項目總結　272