14、开源云计算解决方案：CloudStack、Eucalyptus、Nimbus和OpenNebula深度解析

m0n1o2p

于 2025-07-20 13:39:56 发布

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文章标签：开源云计算 CloudStack Eucalyptus

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开源云计算解决方案：CloudStack、Eucalyptus、Nimbus和OpenNebula深度解析

1. 开源云计算解决方案概述

在云计算领域，除了商业云服务外，开源云计算解决方案正逐渐崭露头角，它们能够根据用户的特定需求灵活定制，构建私有云服务。其中，CloudStack、Eucalyptus、Nimbus和OpenNebula是最受欢迎的虚拟基础设施管理器（VIM），可用于构建众多基于私有和社区的云服务。

1.1 虚拟基础设施管理器（VIM）的功能

VIM负责以整体方式管理物理和虚拟资源（如服务器、存储和网络），通常应具备以下功能：
1. 管理和监控虚拟机（VM）的生命周期，包括创建和释放VM、连接VM以及为VM设置虚拟磁盘。
2. 在物理基础设施池上动态放置和替换VM。
3. 在物理机上调度VM。
4. 提供网络功能，如设置公共和私有IP地址以及域名，使VM能够通过网络访问。

1.2 四大开源VIM简介

CloudStack ：由cloud.com最初开发，后被Citrix收购并捐赠给Apache软件基金会。它支持多种虚拟机管理程序，实现了亚马逊EC2和S3 API，以支持与亚马逊云服务的互操作性。
Eucalyptus ：即Elastic Utility Computing Architecture Linking Your Programs to Useful Systems的缩写，由加州大学圣巴巴拉分校的研究人员开发。它支持企业私有和混合云计算，通过集成亚马逊Web服务（AWS）API支持混合云服务。
Nimbus ：由芝加哥大学的阿贡国家实验室开发，专注于科学用户的计算需求。它有Nimbus Infrastructure和Nimbus Platform两个变体，分别提供IaaS解决方案和辅助用户利用IaaS云计算的工具集。
OpenNebula ：始于2005年的研究项目，能够管理私有、公共或混合IaaS云。用户可以灵活选择适应EC2 Query、OGF的Open Cloud Computing Interface（OCCI）或vCloud的云接口。

2. 四大开源VIM详细介绍

2.1 CloudStack

2.1.1 架构

CloudStack架构设想了一个具有计算、网络和存储资源的IaaS平台，所有资源通过共享架构连接在一起，该架构至少包含一个虚拟机管理程序解决方案。它基于账户管理和资源分配提供核心分段模型，支持多租户模式，涵盖用户界面和镜像管理等核心功能，并允许云提供商提供高可用性和负载均衡等高级服务。所有服务通过一系列Web服务API连接在一起，实现自动化以满足消费者的独特需求。

2.1.2 一般特性

可扩展性 ：能够通过线性可扩展的集中管理服务器管理地理分布的数据中心中的大量服务器，支持与软件和硬件防火墙以及负载均衡器集成。
云模型 ：是IaaS级云平台的解决方案，可汇集、管理和配置网络、存储和计算节点，支持公共、私有和混合IaaS云。
兼容性 ：除了自己的API外，还与亚马逊EC2和S3 API以及vCloud API兼容。
部署和接口 ：用户可以使用用户友好的基于Web的界面、命令行工具或RESTful API管理云。
虚拟机管理程序 ：与多种虚拟机管理程序兼容，包括VMware vSphere、KVM、Citrix XenServer和Xen Cloud Platform（XCP）。
可靠性 ：是高度可用和可扩展的IaaS解决方案，单个组件故障不会导致集群或云范围的停机。
操作系统支持 ：管理服务器和底层计算节点支持Linux，根据所使用的虚拟机管理程序，支持广泛的客户操作系统，包括Windows、Linux和各种版本的Berkeley Software Distributions（BSD）。
成本：CloudStack本身是根据Apache许可证2.0版本授权的免费软件，但使用商业虚拟机管理程序可能会产生成本。

2.1.3 主要用户和评价

客户列表 ：许多领先的电信公司选择由Apache CloudStack驱动的Citrix Cloud Platform作为其下一代云服务的基础，还包括Tata communications、Nokia Research Center和Logicworks等公司。
成熟度 ：2010年首次发布，自那时以来有了显著改进，目前是Apache孵化器项目，版本为4.1.1。
社区反馈 ：是开源云解决方案的领导者之一，提供丰富的功能和用户友好的基于Web的GUI。成为Apache软件基金会的子项目后，开发速度大幅提高，巩固了其在开源云解决方案中的领先地位。
安装复杂性 ：安装简单，Apache提供了基于wiki的网站，包含全面的指南、各种论坛和大量不同类型用户的文档。

2.2 Eucalyptus

2.2.1 架构

Eucalyptus提供IaaS解决方案来构建私有或混合云。通过数据中心中物理机的虚拟化，云提供商可以向云消费者提供虚拟化的计算机硬件资源集合，包括计算、网络和存储。消费者可以通过命令行工具（euca2ools）或基于Web的仪表板（如Hybridfox）访问云，Eucalyptus还支持在其之上的AWS兼容API，以便消费者与AWS通信。

2.2.2 一般特性

可扩展性 ：从Eucalyptus 2.0开始支持两个级别的可扩展性：前端事务可扩展性和后端资源可扩展性。
云模型 ：提供对虚拟化计算机硬件资源的访问，以提供IaaS云服务，用户可以使用Eucalyptus组装自己的虚拟集群。
兼容性 ：与亚马逊AWS云服务兼容，用户可以重用现有的AWS工具和脚本，提供与一系列AWS功能的兼容性。
部署和接口 ：支持亚马逊AWS的EC2和S3 API，Euca2ools是Eucalyptus支持的命令行工具，用于与与Eucalyptus和亚马逊云服务兼容的Web服务交互。
虚拟机管理程序 ：与Xen、KVM和VMware虚拟机管理程序兼容。
可靠性 ：自版本3以来，可以高可用性部署，使用自动故障转移和故障恢复机制提高了IaaS云的可靠性。
操作系统支持 ：3.2版本支持Windows Server 2003和2008、Windows 7以及所有现代Linux发行版。
成本：用户可以在开源免费的Eucalyptus Cloud和付费的Eucalyptus Enterprise Cloud之间进行选择。

2.2.3 主要用户和评价

客户列表 ：全球的IT组织运行Eucalyptus云以满足其高要求应用程序所需的敏捷性、弹性和可扩展性，包括Puma、NASA、National Resource Conservation Service（NRCS）、George Mason University和Cornell University等。
成熟度 ：2008年发布第一个版本，截至2012年12月19日发布了六个版本，最新版本为3.2。
社区反馈 ：通过基于wiki的网站和邮件列表支持社区，在2012年的Cloud Computing World Series中被评为“最佳云服务类别”的前3名。
安装复杂性 ：易于安装和部署，提供全面的文档、响应迅速的社区和邮件列表。

2.3 OpenNebula

2.3.1 架构

OpenNebula内部组件包括核心模块、一组插件驱动程序和多个工具。核心模块管理和监控虚拟资源，处理客户端请求并调用相应的驱动程序对资源执行操作。驱动程序作为与中间件交互的适配器，核心功能通过一组工具和API向最终用户公开。最新版本3.8已发展为高度可扩展的架构，接口得到了极大丰富，包括REST API（如EC2-Query API）、OpenNebula Cloud API（OCA）和原生驱动程序的API，尤其支持与AWS连接。

2.3.2 一般特性

可扩展性 ：已用于构建大规模基础设施和高度可扩展的数据库，虚拟化驱动程序可以调整以实现最大可扩展性。
云模型 ：旨在通过利用现有基础设施支持IaaS云，通常对基础设施没有特定要求。
兼容性 ：可以部署到现有基础设施并与各种云服务集成，管理员可以根据文档中的兼容性指南升级系统。
部署和接口 ：为云消费者和提供商提供接口，云提供商可以使用云接口开发定制工具，消费者可以使用命令行界面（CLI）或SunStone Web Portal执行大多数操作，最新版本还提供与亚马逊等云提供商的接口。
虚拟机管理程序 ：支持三种主要的虚拟机管理程序：KVM、Xen和VMware，提供多虚拟机管理程序平台的解决方案。
可靠性 ：OpenNebula系统设计了专门的质量检查模块OpenNebula QA，以确保每个版本的质量，即使管理解决方案意外失败，单个机器上的虚拟资源也可以恢复。
操作系统支持 ：支持主要的Linux和Windows版本，由虚拟机管理程序创建的有无OpenNebula的操作系统镜像都可以用作操作系统模板。
成本：OpenNebula是完全免费的解决方案，其企业版OpenNebulaPro按年度订阅方式分发，C12G Labs以定制成本提供商业支持作为增值服务。

2.3.3 主要用户和评价

客户：OpenNebula作为企业就绪解决方案已广泛应用于各种应用场景，主要用户类别包括企业私有云和数据中心虚拟化、托管和云服务提供商、高性能计算（HPC）科学界以及云集成商和产品开发商。
成熟度 ：自2008年成立以来，截至2012年已发布20多个版本，包括稳定版和测试版，最新版本3.8于2012年10月22日发布。
社区反馈 ：社区反馈反映了OpenNebula的核心价值观：“开放性”、“卓越性”、“合作性”和“创新性”，云提供商和消费者强调其开放性允许对应用程序进行高度定制。
安装复杂性 ：依赖于其他开源软件，如KVM，并且没有官方集成安装程序。对于熟悉Linux和虚拟化技术的有经验的安装人员来说，安装相对容易，但首次使用的用户可能会面临陡峭的学习曲线。

2.4 Nimbus

2.4.1 架构

Nimbus由Nimbus Platform和Nimbus Infrastructure组成。Nimbus Platform让用户使用IaaS云，Nimbus Infrastructure支持用户构建IaaS云。当云消费者订阅Nimbus服务时，会创建一个虚拟工作区，包括前端、工作区服务、后端和VM工作区。VM工作区部署到Virtual Machine Monitor（VMM）节点，消费者可以通过HTTP接口访问云服务节点。Cumulus是Nimbus的关键组件，作为Nimbus VM镜像存储库的前端，任何VM镜像在启动前必须加载到Cumulus存储库中。

2.4.2 一般特性

可扩展性 ：Nimbus的Cumulus Redirection模块管理可扩展性，该模块跟踪服务的工作量，由于Cumulus与亚马逊S3 REST API兼容，可以配置为一组复制主机以支持水平可扩展性。
云模型 ：是IaaS的VIM解决方案。
兼容性 ：Cumulus存储扩展了亚马逊S3 REST API，与S3兼容。
部署和接口 ：用户可以直接与节点池中的VM进行交互，就像与物理机器交互一样。Nimbus会公布VM的信息，如每个VM的IP地址，用户可以使用包含管理服务托管和镜像存储库的cloudkit配置将应用程序部署到Nimbus云。
虚拟机管理程序 ：支持KVM和Xen。
可靠性 ：为了达到与S3相同的可靠性水平，Cumulus的硬件配置需要与S3处于同一水平，即Nimbus的可靠性部分取决于Cumulus所构建的硬件基础设施。
操作系统支持 ：支持各种Linux发行版。
成本：Nimbus是开源解决方案，软件本身没有成本。

2.4.3 主要用户和评价

客户：Nimbus最初是为科学任务开发的，已用于布鲁克海文国家实验室的STAR项目、ING、JPMorgan和Toyota等。
成熟度 ：始于2003年的研究项目，最新稳定版本是2.10。
社区反馈 ：可以满足科学计算社区的需求。
安装复杂性 ：安装从在非root账户的一个服务节点上安装一组软件开始，Nimbus云客户端必须安装在其他VMM上。

3. 四大开源VIM比较

3.1 架构特征比较

特性	Nimbus	Eucalyptus	CloudStack	OpenNebula
可扩展性（管理能力）	可扩展	可扩展	可扩展	可扩展
兼容性（与其他云服务的兼容性，如AWS）	EC2、S3兼容	支持EC2、S3	通过CloudBridge支持亚马逊EC2	开放、多平台
部署（添加和删除物理节点的能力）	动态部署	动态部署	动态部署	动态部署
安装接口（安装包的接口）	CLI	CLI	CLI	CLI
磁盘镜像选项（从头创建镜像或重新打包）	取决于配置	由服务提供商设置选项	用户能够上传和管理模板和镜像	在私有云中，大多数libvirt选项开放
虚拟机管理程序（支持的虚拟化软件）	KVM、Xen	VMware（非开源）、Xen、KVM	VMware、KVM、Oracle VM、Kronos、Citrix XenServer和Citrix Xen Cloud Platform	Xen、VMWare、KVM
Web接口（连接协议）	RESTful HTTP API	Web服务	基于Ajax和jQuery的Web GUI、安全VNC控制台访问、支持来自亚马逊和VMware的API	XML-RPC API、EC2 Query、OGF OCCI和vCloud APIs
结构（系统组件如客户端、代理和资源管理器的组织方式）	轻量级组件	模块化	模块化	模块化
可靠性（云实现中的容错机制）	取决于底层硬件	是，使用自动故障转移和故障恢复机制	是，多个管理服务器和数据库服务器，以及VM实时迁移功能	回滚主机和VM
内置监控（VM、云基础设施监控）	Cloudinit.d	VM状态	VM同步和高可用性	基本变量
防火墙管理（管理VM的可访问性和防火墙）	ebtables过滤工具用于桥接防火墙	安全组	用户组管理实例防火墙	使用软件路由器进行防火墙管理
负载均衡器（提供负载均衡服务）	否，可以通过Zeus等负载均衡器增强	Zeus负载均衡器	使用其他流量均衡器服务进行负载均衡	是，使用内置负载均衡器插件

3.2 用户设置比较

特性	Nimbus	Eucalyptus	CloudStack	OpenNebula
用户权限	管理员、用户	管理员、用户	管理员、用户	按组划分的管理员、用户
实例连接	SSH	SSH密钥对，Windows实例使用RDP	VNC、SSH	VNC、SSH
云资源控制	CLI和基于Web的CMS	CLI、Euca2ools和EC2 API	支持来自亚马逊和VMware的CLI和API	CLI、Java API、基于Web的CMS

4. 总结

开源社区为建立IaaS云服务提供了成熟的解决方案，CloudStack、Eucalyptus、Nimbus和OpenNebula已被IT企业和学术研究机构成功实施。与商业提供商的云服务相比，开源解决方案提供了额外的灵活性和更好的资源控制。对于有托管和安全考虑的客户，开源云计算解决方案为建立私有云提供了选择。这四个开源IaaS解决方案都有能力集成不同类型的硬件和软件，但由于管理底层硬件（如CPU、RAM等）的差异，每个解决方案的操作性能可能不同。因此，需要测试平台性能以支持各种计算任务（从数据密集型、计算密集型、通信密集型到并发密集型任务）。

5. 开源VIM的应用场景分析

不同的开源VIM在不同的应用场景中有着各自的优势，下面我们来详细分析。

5.1 电信行业

电信行业通常需要处理大量的数据和用户请求，对系统的可扩展性、可靠性和兼容性要求较高。CloudStack在这方面表现出色，众多领先的电信公司选择由Apache CloudStack驱动的Citrix Cloud Platform作为其下一代云服务的基础。它能够通过线性可扩展的集中管理服务器管理地理分布的数据中心中的大量服务器，并且单个组件故障不会导致集群或云范围的停机。此外，它还与亚马逊EC2和S3 API以及vCloud API兼容，方便与其他云服务集成。

5.2 科学研究领域

科学研究通常涉及到大量的计算和数据处理，对计算资源的需求较大。Nimbus最初就是为科学任务开发的，它专注于科学用户的计算需求，支持KVM和Xen虚拟机管理程序，并且Cumulus存储扩展了亚马逊S3 REST API，与S3兼容，方便数据的存储和管理。同时，它的Cumulus Redirection模块可以管理可扩展性，配置为一组复制主机以支持水平可扩展性。

5.3 企业私有云和数据中心虚拟化

企业私有云和数据中心虚拟化需要对资源进行有效的管理和控制，同时要保证系统的稳定性和安全性。OpenNebula是一个不错的选择，它能够管理私有、公共或混合IaaS云，支持三种主要的虚拟机管理程序：KVM、Xen和VMware，提供多虚拟机管理程序平台的解决方案。此外，它还设计了专门的质量检查模块OpenNebula QA，以确保每个版本的质量，即使管理解决方案意外失败，单个机器上的虚拟资源也可以恢复。

5.4 高要求应用程序

对于需要高敏捷性、弹性和可扩展性的高要求应用程序，Eucalyptus是一个合适的解决方案。它支持企业私有和混合云计算，通过集成亚马逊Web服务（AWS）API支持混合云服务，用户可以在开源免费的Eucalyptus Cloud和付费的Eucalyptus Enterprise Cloud之间进行选择。自版本3以来，它可以高可用性部署，使用自动故障转移和故障恢复机制提高了IaaS云的可靠性。

6. 选择开源VIM的决策流程

在选择适合自己的开源VIM时，可以参考以下决策流程：

graph LR
    A[确定需求] --> B{是否需要高可扩展性}
    B -- 是 --> C{是否需要与AWS兼容}
    C -- 是 --> D[考虑Eucalyptus或CloudStack]
    C -- 否 --> E[考虑OpenNebula或Nimbus]
    B -- 否 --> F{是否用于科学研究}
    F -- 是 --> G[考虑Nimbus]
    F -- 否 --> H{是否用于企业私有云}
    H -- 是 --> I[考虑OpenNebula]
    H -- 否 --> J[综合考虑各方面因素选择]

7. 未来展望

随着云计算技术的不断发展，开源VIM也将不断演进和完善。未来，我们可以期待这些开源VIM在以下方面取得更大的进展：

7.1 更高的可扩展性

随着数据量和用户需求的不断增加，开源VIM需要具备更高的可扩展性，以满足大规模数据中心和云计算环境的需求。

7.2 更好的兼容性

为了方便与其他云服务和系统集成，开源VIM需要进一步提高兼容性，支持更多的API和标准。

7.3 更强的安全性

云计算环境中的数据安全和隐私保护是至关重要的，开源VIM需要加强安全机制，提供更可靠的安全保障。

7.4 更简单的部署和管理

为了降低使用门槛，开源VIM需要提供更简单的部署和管理方式，让用户能够更轻松地使用和维护云计算环境。

8. 总结

CloudStack、Eucalyptus、Nimbus和OpenNebula这四个开源IaaS解决方案各有其特点和优势，在不同的应用场景中都有着广泛的应用。在选择开源VIM时，需要根据自己的需求和实际情况进行综合考虑，权衡各方面的因素，选择最适合自己的解决方案。同时，我们也期待这些开源VIM在未来能够不断发展和完善，为云计算技术的发展做出更大的贡献。

通过对这四个开源VIM的深入了解和比较，希望能够帮助你在云计算领域做出更明智的选择。