Openstack框架的大数据课程教学平台搭建及实验规划
中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.06.024
Abstract 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 configuration. 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 professional undergraduate talent training in Colleges and universities.
Key words big data； college information； course planning
0 引言
近年来，随着社会信息化程度的加剧，云计算、大数据、物联网被广泛关注，数据被认为是基础性资源，逐渐影响每个人的生活方式。高校作为实践育人、推动创新的载体，承担着服务社会、发展科学的重要任务。大部分工科类高校，或综合类高校的信息、计算机、物联网等专业均相继开授大数据与云计算等必修课程，以满足与时俱进培养信息类人才的需求。
以西华大学计算机与软件工程学院为例，该学院累计三个本科专业：计算机科学与技术，软件工程，物联网均开授大数据相关课程。根据侧重点不同，开授的课程分别为大数据与云计算，移动大数据技术，大数据分析等相关课程。
基于此，本文以Openstack云平台搭建为目标，规划了两个重要的大数据课程实验：（1）用Devstack单机安装Openstack Juno单节点环境。（2）用虚拟机安装Devstack。文中给出了实验规划的理由，实验流程、教师课前准备以及学生操作步骤等，以此填补我校学生实验缺乏平台搭建实践的空缺。
1 OpenStack安装部署实验规划
随着行业软件功能及不同环境版本的增加，通过对近三年西华大学各计算机与信息类工科专业学生首次接触实践课程难点调查的问卷统计。我们发现，软件安装与系统兼容被认为是初学者最难度过的首要关卡，通常认为的首个程序或首个应用已经不再是阻碍学生进一步学习的重要因素。
大数据的课程尤为如此。不管是分布式批量计算的Hadoop、HBase、Hive、Drill等还是分布式流式计算的Apache Storm，或者是云平台搭建的OpenStack，其安装过程都尤为复杂。我校计算机与物联网专业已行的大数据实验大纲并没有面向学生的安装部署实验。往往学完相关课程，能够做大数据分析，却不能自行部署适用的软件环境。显然需要做进一步的改进。基于此，本文在此提出一种可行的用于学生的Opstack安装部署实验。
用于教学的OpenStack平台部署需要考虑应用环境问题：（1）Demo环境：快速，简单，最小化的Openstack环境，作为运维操作课程的讲课环境。对硬件要求小，采用现有硬件或者虚拟化环境。（2）学生实验环境：低成本，学生亲手体验Openstack环境。安全性低。规模小，稳定性/安全性要求低。适合开源软件。本文提出的部署规划适用于学生实验环境。Openstack的部署安装分为三类：单节点结构，双节点结构和多节点结果。考虑一般高校实验室的情况，本科学生实验通常只能采取单节点结构布置。即一台服务器运行所有的nova组件，同时也驱动虚拟实例。这种配置只为实验的目的进行安装，其结构图如图1所示。
1.1 Openstack安装部署实验一：用Devstack单机安装Openstack Juno单节点环境
通过多次物理服务器与虚拟指标配比，我们认为以下环境为Devstack的最佳软件环境：物理服务器16Core，64G，600G。由VMware软件虚拟成10个环境，其虚拟配置分别为Devstack 4Core，6G，50G。所有环境均由同一个中心节点进行控制。图2为Devstack实验环境的物理连接图。
考虑Devstack的标准安装过程需要从Internet下载Openstack代码和python库，而课堂环境没有足够的带宽供大家实时下载。因此教师应该预先准备Devstack环境的镜像。即学生直接拿到老师配置好环境的Devstack并在此基础上进行操作。 学生具体实验步骤规划如下：
（1）学生分组及各节点IP由教师预先配置，如表1所示。按照10人一组为编号，共享一个控制节点（vCenter），10人分别对应前面所述虚拟化的10个环境，此种配置采用4台物理服务器一般情况下即能满足一个教学单位的教学。也可根据实际情况做小量微调。
（2）学生操作流程如下：①打开笔记本wifi功能（如是台式机则用无线wifi工具转接），连接自己的wifi SSID。②自动获取IP地址，ping通各自分组的控制节点地址。③通过SSH进入自己的Devstack实验环境，以glin用户登录。登录之后打开localrc文件，修改IP：HOST_IP=自己的主机IP地址。另添加新的配置RECLONE=false、 OFFLINE=true和disable_service tempest。⑤运行./stack，系统会自动化编译openstack juno版本。最后出现登录Openstack的方法表示安装成功。⑥执行./stack.sh，从输出信息“This is your host ip： 10.30.30.200； Horizon is now available at http：//10.30.30.200/； Keystone is serving at http：//10.30.30.200：5000/； The default users are： admin and demo； The password： password；2016-0102 11：52：48.731 | stack.sh completed in 240 seconds. ”可以知道执行的步骤和结果。⑦学生需要学会安装后的细节检查。第一种方式为通过浏览器访问Openstack服务。另一种方式为通过命令行模式检查环境变量和服务状态。
1.2 Openstack安装部署实验二：用虚拟机安装Devstack
在1.1节中，教师事先配置了Devstack环境并发布给学生操作。对于学有余力的学生，可以学习Devstack的安装方法。实验步骤如下：
（1）安装Vmware Workstation 虚拟化软件，要注意该软件只在Windows平台运行。
（2）创建Ubuntu 14.04虚拟机，虚拟机类型为Linux下Ubuntu64位，虚拟机资源动态分配4G内存和50G硬盘，配置虚拟机第一块网卡为NAT模式，第二块网卡为Host-Only模式；下载Ubuntu 14.04官方安装包镜像安装并创建一个用户，用于Devstack安装，其余均选择默认。
（3）配置网络连接。
（4）下载Devstack软件包，配置Devstack。
（5）配置Openstack安装环境，下载并安装Openstack运行所需要的系统软件，大概包括一些python的组件、mysql、rabbitmq-server等。下载openstack组件，包括nova 、keystone、glance、noVNC、horizon等。下载并安装openstack源码所依赖的python库和框架。安装openstack各组件。启动各项服务。
（6）如1.1节所描述自动安装Openstack组件并执行安装后的检查。Openstack单节点部署实验过程完毕。学生提交执行记录及截图报告用于实验成绩考评。
2 结论
本文考虑高校大数据与云计算课程教学实践过程较少涉及环境配置方面的问题。综合学生面对繁杂的配置工具和方法的困难，以西华大学计算机科学与技术和物联网课程教学为基础，提出了用Devstack实现Openstack单节点云平台搭建的实验规划。部署实验一，由教师配置好部署工具Devstack并做成镜像于上课时发布给学生，学生可直接安装环境并完成Openstack后续操作，减轻学生对云平台搭建的恐惧感。其次，部署实验二提供用虚拟机VMware工作站安装Devstack的方法细节。该实验也可提供给学有余力的同学，或希望验证理论的教师和学生。本文的方法硬件需求小，适用于各高校同类课程的理论与实验教学。
