摘 要

在云计算十年来的发展历程中，云计算已被广泛的运用在金融、商业、教育等各个领域。这些年来信息技术的发展速度越来越快，各高校越来越侧重于计算机实验教学，这样一来各高校计算机实验室面临着巨大的压力，其中主要包括实验的环境和实验室本身的管理工作。目前，openstack和Docker已经发展为云计算领域中最热门的两个开源项目^[1]。其中openstack提供的工具让在实验室部署云平台变得简单快捷，云计算优秀的硬件资源分配和灵活的计算资源分配大大减轻了实验室的硬件压力；而Docker以镜像为基础，代码、运行时库、系统工具等等都被打包到容器中，使应用得以一次开发，多次部署，快捷的打包和部署降低了实验室管理工作的复杂度。openstack和Docker的集成将使实验室满足各种实验教学的需求，除了依赖于openstack可靠的按需服务，主要是和传统虚拟机例如VM相比，Docker容器具有更高的资源利用率，更快的启动速度以及更小的性能开销。本文在openstack开源项目和Docker容器技术的基础上，将在高校实验室设计并实施实验室管理系统，提供给实验教学课程完整的合适的硬件分配和课程所需的应用程序以及对应的运行环境，可以满足一般实验室的使用和管理需求^[2]。

关键词：openstack；云计算；Docker容器；虚拟化

ABSTRACT

Cloud computing technology has flexible computing resource allocation capability, high utilization of hardware resources, and can provide users with reliable and stable demand services. Cloud computing has been widely used in various fields of finance, commerce, education and the like. In recent years, with the rapid development of information technology, computer experiment course of colleges and universities, in particular, the course which needs to be carried out experimental teaching has put forward higher requirements for lab environment and laboratory management itself. As the two most popular open source projects in the cloud computing, openstack provides a set of tools to deploy the cloud platform simply, it is designed to provide virtualized compute and storage services; Docker provides the solution to be able to run a corresponding application, which is built on a lightweight virtualization LXC container, as an example created in openstack, Docker container has advantages like fast start, high resource utilization, and small performance overhead compared to the virtual machine. This article designs and deploys a laboratory management system based on the open source cloud computing openstack and the Docker container technology, which provides courses of computing experiment services of the hardware and software platforms om-demand, it can meet the needs of the general management of the laboratory.

Key Words：openstack; cloud computing; Docker container; virtualization

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第1章 绪论 1

1.1 研究意义与目标 1

1.2 国内外现状分析 1

1.3 主要研究内容及预期实现目标 2

第2章 OPENSTACK基础 3

2.1 openstack概要 3

2.2 openstack计算设施——Nova 4

2.3 openstack镜像服务器——Glance 5

2.4 openstack网络地址管理设施——Neutron 5

2.5 openstack认证服务——Keystone 6

2.6 openstack管理的web接口——Horizon 6

第3章 Docker基础 7

3.1 Docker概要 7

3.2 docker特征 7

3.3 docker组件 7

3.4 docker原理 8

3.4.1 Linux Namespace（ns） 8

3.4.2 Control Groups（cgroups） 8

3.4.3 Device mapper 9

3.5 docker应用场景 9

3.5.1 简化配置 9

3.5.2 代码流水线管理 10

3.5.3 多租户 10

3.5.4 快速开发 10

第4章 openstack与docker的集成 11

4.1 Docker Driver for Nova 11

4.2 Docker Plugin for Heat 12

4.3 Magnum 13

4.4 如何选择 13

第5章 实验室需求分析 14

5.1 实验室现状 14

5.2 实验室存在的问题 14

5.2.1 对管理员 14

5.2.2 对教师教学 14

5.2.3 对学生 15

5.3 针对问题基于Docker提出的解决办法 15

第6章 excel基础强化训练实验室教学 16

6.1 Docker的实验室安装 16

6.1.1 Ubuntu下面安装Docker 16

6.1.2 Windows下面安装Docker 17

6.2 Docker镜像 20

6.2.1 什么是Docker镜像 20

6.2.2 构建镜像 21

6.2.3 镜像推送 23

6.2.4 镜像下载及运行 24

第7章 Docker快速部署node.js应用 28

7.1 下载镜像 28

7.2 安装环境 29

7.3 发布应用程序 31

7.4 多个container的连接 32

7.5 文件卷标加载 33

7.6 上传至Docker Hub 34

第8章 总结与展望 35

参考文献 36

致 谢 37

第1章 绪论

1.1 研究意义与目标

云计算的发展日渐成熟，近年来涌现了大量的和其相关的应用。为了充分的发掘云计算的可利用性，云计算模式不断的被应用在各行各业。但是对于国内的高校教育来说，云计算还是比较陌生的，主要体现在相关教育应用的缺失。目前来说，虽然每天都有大量的实验教学需要使用实验室，但是大部分实验室还是停留在比较原始的地步。一般来说，实验室的计算机上都已经安装了类似于还原卡功能的软件，这是为了防止实验室的计算机上布置的基本环境因为不同人的使用受到病毒或者是不正当操作带来的破坏。但是，实验室基本的计算机环境并不能满足不同实验教学的要求，而且在每次教学前都需要重新安装课程软件和配置运行环境，这大大的降低了教学的效率。

对于该实验室管理系统的研究主要是为了解决实验教学时的教学环境和软件需求，同时简化实验室管理操作。使实验室教学变得更加方便快捷，实验室机器在登录到云平台后利用集成的docker客户端直接下载之前根据不同环境和软件需求制作的镜像文件，然后执行启动命令，得到了与课程相对应的实验环境。不仅方便了实验室教学工作，优化了学生的学习方式，还解决了实验室机器重启后还原的问题；通过资源的合理的分配提高了教学的质量，同时促进了云计算在国内教育领域的发展^[3]。

1.2 国内外现状分析

在国外，对于云计算的应用较早，经过5年时间的发展，openstack已成为时下“最火”的开源云平台。凭借着开放先进的架构、高效的社区开发、灵活的部署模式，openstack获得全球知名IT厂商的极力追捧，openstack在开源社区方面的生态模式非常值得我们去借鉴。同时，Docker风暴席卷全球，发展迅猛，特别是2013年PaaS提供商dotCloud和Core OS两家公司的产品，具有标志意义。发展到现在，大量围绕Docker和Core OS的创业公司、新近开源的软件项目、大型企业和互联网公司的加入，使轻量级容器技术更上一层楼。对于openstack和Docker两者的集成应用也得到了众多国外知名厂商的应用。