云计算下网络安全论文提纲

论文题目：分布式多云架构下的资源级联技术研究

摘要：云计算平台作为一种基于互联网的新型资源组织和服务提供模式,已经成为国家重大行业,如商业计算、互联网、电子政务、电子商务等多个领域的重要基础设施。近年来,随着云用户规模的不断扩大和云服务种类的不断增加,传统单云平台在服务稳定性、集群节点扩展能力、存储资源安全等方面正在面临前所未有的挑战。如何推进云计算环境和使用模式在当今网络条件下从“单云”到“多云”的转变,提升云计算平台的基础设施服务能力,满足日益增长的新兴互联网人工智能等应用对云计算能力与各类云服务的迫切需求,已成为目前云计算平台研究领域亟需解决的瓶颈问题。尽管目前国内外学者在多云架构的研究方面做了许多尝试并取得一些成果。但这些尝试要么采用容易造成性能降低的第三方管理插件,要么仅在不同云平台的资源管理接口上层进行简单集成,而没有完全解决分布式多云平台中资源级联管理以及面向云用户统一平台体系结构等本质性问题。另一方面,计算、存储和网络三类资源服务是云平台中最关键的部分。传统单云平台中已有的资源管理机制,受平台自身资源节点少、数据规模小和网络结构单一等特点影响,难以有效地应用在多云环境中。因此,如何构建面向多云环境的资源级联管理架构,并实现计算、存储、网络三类资源的管理高效化和服务多元化,是本文的研究重点和难点。目前最流行的开源项目OpenStack是一款很好的云计算资源管理平台。因其灵活的组件配置和完善的云服务体系而被广泛应用于各行业数据中心的云平台构建。本文以OpenStack云平台为研究对象,以构建原生多云资源级联环境为研究目标,从计算、存储、网络三类资源管理及其衍生的服务机制等方面开展关键技术研究,主要研究内容和创新点如下:（1）提提出了OpenStack基基础多云级联资源管理架构。针对传统单云平台集群规模扩展受限和资源管理瓶颈的问题,通过深入分析OpenStack平台中各组件的运行机制和内在联系,提出一种OpenStack基础多云级联资源管理架构。优化对多云环境下各OpenStack实例上资源的调度途径,研发基于OpenStack平台的原生组件网关接口和相应的资源管理策略。通过单云OpenStack平台和OpenStack多云实例级联平台的真实环境对比测试,表明基础多云级联资源管理架构能有效地完成对多个OpenStack云平台上资源的整合管理,实现OpenStack原生调度。同时在大规模计算集群测试环境下,多云平台的任务处理效率较之单云平台要更高。（2）提提出了一种OpenStack多多云级联架构下的计算存储资源管理组件,实现现可扩展的原生块存储灾备机制。基于基础多云级联资源管理架构,进一步优化OpenStack多云环境下计算、存储资源的管理方案,实现两类资源在多云环境下的级联管理组件化。基于该组件,实现一种可扩展的块存储灾备机制,为大规模集群中存储资源的灾备提供基于原生OpenStack多云架构的解决方案。通过真实的多云环境下试验,其结果表明该机制能快速实现多个云实例间存储资源的同时灾备功能,且该组件可以直接运行在OpenStack实例中。（3）提提出了一种OpenStack多多云级联架构下的虚拟机自动迁移决策机制。针对多云环境下VM无法跨域共享资源的限制,基于OpenStack多云级联架构下的计算存储资源管理组件,提出一种针对OpenStack多云平台的VM冷迁移方案。由于冷迁移过程中关机备份引起的迁移时间过长,从而导致用户云服务体验下降,结合VM访问时段预测、节点资源利用率以及VM迁移时长三个因素,通过AHP方法实现多云级联架构下的虚拟机自动迁移决策机制。真实多云环境实验结果证明了该机制的有效性和高效性,有效降低了因虚拟机突发迁移带来的用户宕机体验率。（4）提提出了一种OpenStack多多云级联架构下的网络管理组件,实现跨云网络QoS管管理机制。与传统单云平台中网络资源的本地请求,本地使用,本地处理的方式不同,多云环境中的分布式集群架构对网络资源的要求和依赖性都会更高。为此,基于基础多云级联资源管理架构,首先提出一种OpenStack多云级联架构下的网络管理组件,实现跨云间的网络资源自动化部署及原生网络互连。考虑多云环境下网络的复杂性、灵活性,以及云用户对网络服务稳定性的高要求,基于该组件实现了一种跨云网络QoS管理机制。最后通过真实多云环境下的测试和评估,验证了该机制和有效性和扩展性。本文所做之工作为OpenStack多云的资源级联技术研究创造了一定的价值,为云平台资源管理管理领域方面的研究添砖加瓦。此外,在云计算的应用方面也有一定的贡献。

关键词：多云级联架构;OpenStack;存储灾备;网络QoS;虚拟机迁移

学科专业：计算机科学与技术

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 云资源管理的研究现状

1.2.1 云平台中资源管理的研究现状

1.2.2 虚拟资源管理与调度的研究现状

1.2.3 多云架构的研究现状

1.3 面临的挑战

1.4 研究目标和研究内容

1.4.1 研究目标

1.4.2 研究内容

1.5 本文组织结构

第2章 相关理论

2.1 OpenStack平台基础架构

2.2 资源虚拟化的基础知识和相关理论

2.2.1 CPU和内存虚拟化原理

2.2.2 KVM存储虚拟化原理

2.2.3 Linux中的网络虚拟化

2.3 OpenStack平台上计算、存储、网络资源管理机制

2.3.1 OpenStack平台上的计算服务

2.3.2 OpenStack平台上的存储服务

2.3.3 OpenStack平台上的网络服务

2.4 本章小结

第3章 基于OpenStack的基础多云级联资源管理架构

3.1 引言

3.1.1 云平台中资源的整合

3.1.2 OpenStack云平台多云化的需求和挑战

3.2 OpenStack-Cascading设计及框架描述

3.2.1 OpenStack-Cascading设计概述

3.2.2 OpenStack-Cascading架构特点及优点

3.3 OpenStack-Cascading具体实现

3.3.1 OpenStack-Cascading各组件的级联实现

3.3.2 OpenStack-Cascading架构中各资源级联的具体实现

3.4 OpenStack-Cascading架构性能的实验验证

3.4.1 OpenStack-Cascading架构压力测试

3.4.2 OpenStack-Cascading架构静态测试

3.5 本章小结

第4章 面向OpenStack多云环境的可扩展原生块存储灾备机制

4.1 引言

4.1.1 传统OpenStack单云平台的瓶颈

4.1.2 现有云平台中的存储灾备机制

4.1.3 我们的贡献

4.2 TriSS的设计方案

4.2.1 主要挑战

4.2.2 基于OpenStack的原生多云级联组件设计

4.2.3 多云环境下的存储灾备机制

4.2.4 多云环境下的集成测试模型

4.3 TriSS的具体实现

4.3.1 TriSS架构概述

4.3.2 TriSS资源级联管理

4.3.3 资源路由映射

4.3.4 并发竞争情况的解决方案

4.3.5 块存储backup方案

4.3.6 用于计算和存储的快照机制

4.3.7 TriSS中集成测试框架

4.4 TriSS的性能评估与实验

4.4.1 TriSS的多云测试环境构建

4.4.2 TriSS级联平台测试

4.4.3 TriSS级联压力测试

4.4.4 存储灾备测试

4.5 本章小结

第5章 一种多云环境下基于用户体验的虚拟机自动迁移决策机制

5.1 引言

5.2 相关技术背景

5.2.1 虚拟机迁移技术概述

5.2.2 虚拟机迁移性能基础模型

5.2.3 层次分析法(AHP)

5.3 迁移时间成本比较模型

5.4 用户VM访问时段分析

5.5 VM迁移混合决策机制

5.5.1 多云环境下VM迁移机制

5.5.2 云用户VM内存数据及访问行为预测

5.5.3 用户服务体验模型

5.5.4 被迁移的虚拟机选择

5.5.5 目的迁移节点的选择

5.6 性能评估与实验

5.6.1用户体验实验

5.6.2 迁移性能评估

5.7 本章小结

第6章 OpenStack多云环境下的网络QoS管理机制

6.1 引言

6.1.1 平台的扩展性

6.1.2 资源的高可用性

6.1.3 灵活的隔离性

6.1.4 我们的贡献

6.2 多云环境下的网络资源管理组件

6.2.1 架构概述

6.2.2 多云环境下的网络组件跨域协同

6.2.3 Neutron跨域工作流程

6.3 多云环境下的网络QoS机制

6.4 性能评估与实验

6.4.1 多云环境下网络资源性能测试

6.4.2 多云环境下网络QoS测试

6.5 本章小结

结论

参考文献

致谢