OpenStack官方文档研究笔记

标题 OpenStack官方文档研究笔记

摘要 虽然网上有许多介绍OpenStack的文章，但是总感觉写得不够详细，或者说存在一些较难理解的部分。OpenStack有较好的官方文档，但是有近262页，笔者（渔童_ISLUB享有版权）在阅读官方文档的时候做了一些笔记，对文档提出了一些自己的看法和理解，有助于大家迅速的了解OpenStack的内部结构和工作流程。

背景知识

1          ************1、开始使用OpenStack************

1.1         【简介】

OpenStack：适合于为私有云或者公有云搭建大规模云配置平台

1.2         【Why Cloud】：

有些东西不是对我们一直有用，我们追求按需分配云的5个必备特征：

1、自给自足：尽可能少的人员干预

2、网络访问：所有的机器可以相互通信

3、资源池：许多人公用

4、可迅速简单扩容：因为数据在不断增长

5、可以度量的服务：因为需要按量收费

 

1.3         【三种服务类型】

云计算根据用户需要提供三种不同的服务类型。

1、SaaS（Software as a Service）：把在线软件作为一种服务，比如邮箱。

2、Paas（Platform as a Service）：把平台作为一种服务，比如在线的java编译器等

3、Iaas（Infrastructure as a Service）：把硬件设备作为一种服务，比如网络虚拟机。

 

1.4         【云的分类】

 1、私有云：单一的服务组织，可以在线也可脱机处理

2、公有云：为多个组织公用，一般有专门的云服务商提供

 

 

1.5         【What is OpenStack】

OpenStack is on a mission: to provide scalable, elastic cloud computing for both public and private clouds, large and small. At the heart of our mission is a pair of basic requirements:clouds must be simple to implement and massively scalable.

OpenStack为私有云和公有云提供可扩展的弹性的云计算服务，这种服务云必须是简单部署并且扩展性强。

 

1.6         【OpenStack的部件构成】

1、Object Store（Swift）提供对象存储

2、Image（Glance）为虚拟机镜像提供目录和存储空间，这一项服务是可选的

3、Compute（Nova）根据需要提供虚拟服务器

4、Dashboard(Horizon)为所有OpenStack服务提供基于网页的用户界面

5、Identity（Keystone）提供授权，并且为同一个特定的OpenStack下云服务提供服务目录

6、Network（Quantum）可插拔网络服务，连接多个OpenStack之间的网络

7、Block Storage（Cinder）提供连续的块级存储

1.7         【概念上的体系结构】

 

1、Dashboard（Horizon）提供一个web页面

2、Compute（Nova）存储和检索虚拟磁盘（images）并且连接上存放在Image（Glance）上的元数据。

3、Network（Quantum）为Compute（Nova）提供虚拟网络

4、Block Storage（Cinder）为Nova提供存储卷

5、Image（Glance）可以存放真实的虚拟机磁盘文件在Object Store（Swift）6、所有的服务授权都是通过Identity（Keystone）

以上只是一个简化的体系结构图，实际上要比这复杂得多

1.8         【逻辑体系结构】

1、终端用户可以通过web界面（Horizon）或者直接通过每一个服务的API进行通信。

2、所有的服务都是通过一个共同的源进行授权认证，以保证安全和一致性

3、单个的服务通过他们之间公用的API进行通信（除非他们之间需要管理员权限）

1.9         【Dashboard（Horizon）介绍】

Horizon使用的是Django web应用程序为用户和管理员提供一个管理OpenStack服务的接口。

1、Horizon通常通过Apache中的mod_wsgi搭建。代码分为可重复使用的python模块（和不同的OpenStack API进行交互）和展示模块（方便定制）

2、一个数据库，因为这主要用来存放其他服务的数据，存放自己的数据很少。

3、Horizon服务需要用户自己定制，要保证能够和每一个服务的公用API能够通信。

1.10     【Compute（Nova）】

Nova是OpenStack中最为复杂和分布式的部件。大量的进程合作，把终端用户的API请求运行在虚拟机中。下面是这些进程和他们的函数：

1、nova-api 接收和相应终端用户计算API的调用。支持OpenStack API，EC2 API和一些特殊的管理API。Nova-api还用于初始化一些事件（运行实例），执行一些策略（quota检查）。

2、Nova-compute进程主要是一个工作daemon，通过超级管理员API，创建和终止虚拟机实例（instance）。简单概括工作流程就是从队列中接收任务，然后执行一些列的系统命令，最后得出结果并且更新数据库中的状态。

3、Nova-volume 管理计算机实例（instance）的持久卷的创建，安装和拆卸。可以支持iscsi或者Rados Block Device in Ceph。Cinder已经替代Nova-volume的功能。

4、Nova-network用于从队列中接收网络任务，然后执行任务来管理网络（比如设置桥接或者修改iptable规则）。这个功能已经移植到Quantum，一个独立的OpenStack服务。Nova-network和Quantum有很多重复的功能（为什么要这样？）

5、Nova-schedule进程，从虚拟机实例请求队列中接收请求，然后决定在哪里执行。（具体讲就是那一台计算服务器host来执行）

6、队列为daemon之间传递的消息提供一个中心管理机制。目前使用RabbitMQ（一种消息管理队列），其他任何AMPQ消息队列都可以使用。

7、SQL数据库存放每一个云基础架构的编译和执行时的状态。包括可用的实例，正在用的实例，可以用的网络和工程。理论上讲，OpenStack Nova支持任何一种SQL-Alchemy支持的数据库，但是目前使用的是sqlite3，MySQL和PostgreSQL。

8、Nova提供Console服务，允许终端用户通过代理来访问他们虚拟实例（instance）的控制台。这个涉及到多个daemon（nova-console，nova-novncproxy 和 nova-consoleauth）

Nova和OpenStack很多其他服务进行交互，比如Keystone，Glance，Horizon。Glance的交互式核心。API进程可以上传和查询Glance，nova-compute则会根据需要下载镜像。

1.11     【Image Store】

Glance主要有四个部分：

1、Glance-api 接收image（镜像）的API调用，用于image的发现，恢复和存储。

2、Glance-registry （注册表）存放、处理和恢复image相关的元数据。

3、一个数据库，用于存放image的元数据。和Nova一样，用户可以选用自己偏爱的数据库（比如MySQL或者SQlite）

4、一个用于存放image文件的存储仓库（storage repository）。Swift就是image的存储仓库，但是这个也是可以配置的。除了Swift，Glance还支持普通的文件系统，RADOS块设备，Amazon S3 和HTTP。注意的是，这些选择都应该限制为只读（为什么？）

还有一些运行在Glance上的进程是为了支持Caching（缓存机制）。其中最重要的是replication（复制）服务，这是为了确保一致性和可用性。

在上面理论上的系统结构中可知，glance处于中心地位，它可以从终端用户或者Nova部件为image接收API请求，可以把磁盘文件存放在对象存储服务中（Swift）。

1.12     【Identity】

Keystone为OpenStack的策略（policy），目录（catalog），标示（token）和认证（authentication）提供一个整合。

1、keystone处理API请求，并且提供catalog，policy，token和identity的配置服务

2、每一个Keystone函数都有一个可插拔的后端，允许不同的方法来使用特定的服务。大部分支持标准的后端，比如LDAP或者SQL，还支持Key Value Stores（KVS）

大部分人通过使用这个作为他们目前认证服务的定制点。

 

1.13     【Network】

Quantum具有高可配置性，因为Quantum采用的是插件结构。插件结构能够适用于不同的网络配置和软件。简单的Linux网络插件如下

1、quantum-server 接收API请求，route他们到相应的quantum插件中执行。

2、Quantum 插件和代理执行实际的行动。比如安装和卸载端口，创建网络或子网和IP地址。常用的代理是L3（layer 3），DHCP和特定的插件代理。

3、大部分的Quantum安装都会使用一个消息队列来route（寻路） quantum-server和不同代理之间的信息。数据库也会为特定的插件存放网络状态。

Quantum会和Nova进行通信，Quantum会为instance提供网络和链接服务。

1.14     【Block Storage】

OpenStack Compute 中有关持久块存储的功能分离出来构成了Cinder。OpenStack 的块存储API允许操作卷，卷类型和卷快照。

1、cinder-api 接收API请求，把这些请求route到cinder-volume中进行处理

2、cinder-volume 读写Cinder数据库来保持状态，通过一个消息队列和其他进程进行交互，直接在块存储之上提供硬件或者软件。Cinder-volume可以通过驱动和不同的存储设备进行交互。

3、Cinder-scheduler，和nova-scheduler一样，选择合适的提供块存储的节点来创建卷（volume）。

4、Cinder的部署，也会使用一个消息队列来route（寻路） cinder进程之间的信息，数据库也会存放卷状态。

和Quantum一样，Cinder会和Nova相连接为instance（实例）提供卷

 

2          ********OpenStack Compute的详细介绍**********

OpenStack Compute（Nova）提供了一个构建云的工具，包括运行instance实例，管理网络，以及通过用户和工程控制云的接口。Nova提供的软件可以实现Iaas云计算平台，这很类似于Amazon的EC2和Rackspace的云服务器。Nova没有包含任何虚拟化软件，它只是定义了操作系统底层虚拟化机制的接口驱动，然后把这些功能通过网络API暴露（expose）出来。

2.1         【Hypervisors管理程序】

OpenStack Nova需要一个管理程序，并且Nova可以通过API服务器来控制这个管理程序。进程选择一个管理程序，通常是权衡优先级，并且根据预算，资源限制，必须支持的功能和所需的技术规格来做出决定。大部分都是通过KVM和基于Xen的管理程序。

通过OpenStack Nova，我们可以在不同的区域（zone）中使用多个管理程序来建立云。能够使用的虚拟化标准包括：

KVM-----Kernel-based Virtual Machine基于内核的虚拟机

LXC------Linux Containers（通过libvirt）

QEMU---Quik EMUlator

UML-----User Mode Linux

VMWare ESX/ESXi 4.1 update 1

Xen------Xen, Citrix XenServer and Xen Cloud Platform(XCP)

 

2.2         【User and Tenants（Projects）】

OpenStack Compute系统设计于为很多不同的用户提供服务，这些用户共享一个系统，使用基于角色的访问分配。不同的角色可以有不同的访问权限，这些权限都是管理员通过policy.json文件来进行配置的。用户能够访问的镜像有租用人（tenant）决定，但是每个用户都会有一个用户名和密码。用户对instance访问权限由键值对（key pairs）来保证，而对硬件资源的占有量是由租用人租用的资源大小来决定的。

 

说明：早期的OpenStack使用”Project”来代替”Tenant”的概念，因此，有些命令工具使用project_id来获取一个tenant的ID。

原版的EC2 API只支持使用users这个概念，但是OpenStack Compute中加入了tenants这个概念。Tenants是一个独立的资源容器，形成了计算服务中主要的组织结构。用户可以通过project_id就能获取tenant名。如果API请求中没有指定tenant，Compute会使用和user具有相同ID的tenant作为指定的tenant。

对于tenants，可以对以下内容进行定额限制：

1、可能创建的volume数目

2、所有卷的总容量（单位GB）

3、将要launch的instance数目

4、分配的处理器的核的数目

5、公开访问的IP地址

 

 

2.3         【images and Instances】

这一节将要对“什么是image和instance”和“云中的一个典型虚拟机系统的生命周期描述”进行更深层次的探讨。有很多种方法可以用于配置OpenStack云的细节和安装云中的虚拟机系统。

Image是为虚拟机文件系统提供模板的磁盘镜像。Glance是用于存放和管理镜像的。

Instance是一个运行在物理计算结点的独立的虚拟机。Nova用于管理这些Instance。很多不同的instance可能从相同的镜像中启动。每一个Instance都是基本Image的一个拷贝，所以Instance的运行时间的改变不会影响到基本Image镜像的时间。运行中的instance的快照将会根据当前特定实例的磁盘状态创建一个新的Image。

当启动一个Instance时，必须选择一组虚拟资源（Flavor）。Flavor定义了一个实例拥有多少个CPU，RAM的容量以及短暂的硬盘容量。管理员可以定制flavor的一系列参数。

额外的资源，比如持久卷和公用IP地址，可以从运行中的instance中增加或者删除。

下面的例子显示了一个OpenStack云搭建的典型虚拟系统，用于展示上面提到的观念。

 

2.3.1          【初始化状态】

2.3.2          【运行一个实例】

2.3.3          【结束状态】

 

2.4         【系统结构】

OpenStack Compute包括一系列主要部件：

1、一个云控制器：它包含很多部件，展示了全局的状态并且和其他所有的部件通信。

2、一个API服务器：为云控制器提供网络服务前端。云控制器提供计算服务资源和典型的计算服务。对象存储部件提供存储服务。

3、一个认证管理器：提供授权认证服务。使用keystone来区别不同权限的服务。

4、一个卷控制器：为每一个计算服务器提供快捷永久的块级存储

5、一个网络控制器：提供虚拟网络，使得计算结点直接可以进行通信，也可以和公有网络进行通信。

OpenStack是建立在一个无共享，基于信息的架构之上。你可以运行大部分部件在多个服务器上，包括一个计算控制器，卷控制器，网络控制器以及对象存储（或者镜像服务）。一个云控制器通过HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)和内部的对象存储通信，但是它通过AMQP(Advanced Message Queue Protocol)。为了避免每一个部件在等待响应的时候相互阻塞，OpenStack Compute使用异步调用机制，当收到响应的时候会触发一个回调函数。

为了实现在同一个部件的多个拷贝上实现无共享特性，OpenStack Compute 把所有的云系统状态都保存在同一个数据库中。

【快存储和OpenStack Compute】

OpenStack提供了两种块存储。一个是短暂存储和持久存储卷。短暂存储只是存在于每一个实例的生命周期中，

3          ****OpenStack配置安装（个人总结，未参考官方文档）***

3.1         OpenStack的安装方法（Debian脚本）

3.2         Ubuntu 12.04 (或11.10) 一键部署安装OpenStack云计算平台（OneStack脚本安装）

3.3         Ubuntu 10.04 Openstack云平台搭建方法（goldfish脚本安装）