NOVA文件系统——空间管理之初始化free-list

本文深入探讨了NOVA文件系统中的空间管理,特别是free-list的初始化过程。从nova_fill_super开始,接着是nova_alloc_block_free_lists分配free_list结构,nova_init进行NOVA实例初始化,然后通过nova_init_blockmap进行空间初始化,包括nova_init_free_list和nova_insert_blocktree。NOVA使用free_list和红黑树管理空闲页面,通过一系列步骤完成空间分配和初始化。

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NOVA为了让NVMM空间分配与回收更快,它将NVMM分为持久性内存池(pools),每个CPU一个内存池(pool),并将空闲的NVMM页面lists放置在DRAM中。

如果当前的CPU pool中没有足够的页面可用,那么NOVA就从最大的那个池(pool)中进行分配,同时使用per-pool locks进行保护。

为了减少分配器的大小,NOVA使用一棵红黑树来维护空闲列表按地址排序,从而实现有效的合并并提供O(logn)回收。

为了提高性能,NOVA在运行期间不将分配器状态存储在NVMM中。 正常关闭时,它将在电源中断的情况下将分配器状态记录到recovery inode’s log ,并通过扫描所有索引节点的日志来恢复分配器状态。

NOVA积极分配日志空间,以避免需要频繁调整日志大小。 最初,inode的日志包含一页。 当日志耗尽可用空间时,NOVA分配足够的新页面使日志空间增加一倍,并将其附加到日志中。 如果日志长度超过给定阈值,则NOVA每次都会分配固定数量的页面。

NOVA源码:
https://github.com/NVSL/NOVA (论文中的)

https://github.com/NVSL/linux-nova(后续更新)

使用DRAM模拟持久性内存:
https://blog.youkuaiyun.com/SweeNeil/article/details/90265226

NOVA的安装与挂载:
https://blog.youkuaiyun.com/qq_34018840/article/details/79739307

在源码中 balloc.c文件中主要是与空间管理相关的代码~

1、free-list初始化

在NOVA中使用 struct free_list结构来描述空闲列表,在这里我把free_list称为空闲列表描述符,每个CPU都有一个free_list,该结构定义在头文件nova.h中:

struct free_list {
	spinlock_t s_lock;
     //rb_tree的根,前面介绍过红黑树来进行按地址排序的空闲列表维护
	struct rb_root	block_free_tree;
	struct nova_range_node *first_node;
	struct nova_range_node *last_node;
	int 		index;
	unsigned long	csum_start;
	unsigned long	replica_csum_start;
	unsigned long	parity_start;
	unsigned long	block_start;
	unsigned long	block_end;
	unsigned long	num_free_blocks;
	unsigned long	num_blocknode;
	unsigned long	num_csum_blocks;
	unsigned long	num_parity_blocks;
	u32		csum;		/* Protect integrity */

	/* Statistics */
	unsigned long	alloc_log_count;
	unsigned long	alloc_data_count;
	unsigned long	free_log_count;
	unsigned long	free_data_count;
	unsigned long	alloc_log_pages;
	unsigned long	alloc_data_pages;
	unsigned long	freed_log_pages;
	unsigned long	freed_data_pages;

	u64		padding[8];	/* Cache line break */
};

要分析NOVA空间管理,先从NOVA开始的地方出发,在super.c中,有init_nova_fs(),这是NOVA文件系统模块的加载函数,里面对nova_range_node_cachep、nova_inode_cachep、nova_snapshot_info_cachep开辟空间,然后注册文件系统~

在NOVA被mount的时候,整个流程如下:
vfs_kern_mount(vfs代码,super.c)->mount_fs(vfs代码,super.c)-> nova_mount(nova代码,这里传进来了sb,说明sb在这之前就进行了初始化,在mount_fs中)-> nova_fill_super();

static struct dentry *nova_mount(struct file_system_type *fs_type,
				  int flags, const char *dev_name, void *data)
{
	return mount_bdev(fs_type, flags, dev_name, data, nova_fill_super);
}
1.0 nova_fill_super

在nova_fill_super()中进一步进行一些初始化的工作,在该函数中,初始化nova_sb_info(内存中的nova sup

<think>好的,用户现在让我根据之前提供的HCS虚拟机发放流程,来说说OpenStack的虚拟机发放核心流程。我需要先回顾一下之前给出的HCS流程结构,然后对应到OpenStack的原生组件和流程上。 首先,用户可能是在准备面试,或者需要理解OpenStack和华为云Stack之间的异同。他们之前得到了HCS的详细流程,现在想看看OpenStack原生的是怎样的,可能是为了对比或者加深理解。用户可能没有明确说明,但深层需求可能是要掌握两者在虚拟机发放上的区别,或者验证自己对OpenStack流程的理解是否正确。 接下来,我需要确保回答的结构和之前的HCS流程类似,这样用户容易对比。HCS的流程分为申请与审批、资源准备、发放、交付验证等阶段,但OpenStack作为开源项目,流程可能更基础,没有审批环节,而是直接技术流程。所以需要调整结构,重点放在OpenStack的组件交互和技术步骤上。 然后,要确定OpenStack的核心组件:Nova、Neutron、Glance、Cinder、Keystone等。每个组件在虚拟机发放中的作用需要明确。例如,用户通过Horizon或CLI发起请求,Nova处理计算资源,Glance提供镜像,Neutron处理网络,Cinder处理存储卷。 需要分步骤说明,比如用户请求、调度、资源分配、实例创建、网络配置、存储挂载、启动实例、验证等。同时,可能需要提到自动化工具如Heat,以及故障排查的常见点,比如资源不足、网络配置错误、镜像问题等。 还要注意用户之前提到的HCS流程中的细节,比如安全组、密钥注入、自动化工具(Terraform),在OpenStack中是否有对应的实现方式。例如,安全组配置通过Neutron,密钥对通过Nova,自动化可以使用Heat模板或者Ansible。 需要确保回答结构清晰,逻辑连贯,覆盖主要步骤,同时突出OpenStack的特点,比如组件的松耦合、API驱动、可扩展性等。可能还需要对比HCS,指出华为在OpenStack基础上做的增强,比如ManageOne管理、集成FusionStorage等。 最后,检查是否符合用户要求的格式:分阶段技术描述,使用中文,正确使用LaTeX公式(如果有的话),以及代码块示例。可能需要提供CLI命令示例,比如使用OpenStack CLI创建实例,或者Heat模板的片段。 总结一下,用户需要的是结构清晰、技术准确的OpenStack虚拟机发放流程,参考之前HCS的结构,但调整为OpenStack原生组件和流程,同时可能希望了解关键步骤和常见问题。需要确保回答覆盖这些点,并且符合技术面试的要求。</think>以下是基于OpenStack原生架构的虚拟机发放核心流程详解(技术型回答框架): --- ### **OpenStack虚拟机发放核心流程** #### **1. 用户请求阶段** ```bash # 用户通过CLI或Horizon发起请求示例 openstack server create --flavor m1.small --image cirros --network private-net vm01 ``` - **认证鉴权**: - Keystone验证用户token有效性,检查项目配额(vCPU/内存/浮动IP等) - 配额文件路径:`/etc/nova/nova.conf`中的`quota_instances`等参数 - **资源规格定义**: - 通过`nova flavor-*`命令管理实例规格(内存/磁盘/CPU拓扑) - 支持CPU绑定策略:`hw:cpu_policy=dedicated` --- #### **2. 调度与资源分配** ```python # Nova调度器决策逻辑伪代码 def select_host(request): hosts = filter(ResourceEnough, all_hosts) hosts = sorted(hosts, key=lambda x: x.load) return hosts[0] ``` - **Nova调度流程**: 1. Filter阶段:排除不满足条件的计算节点(资源不足、AZ限制) 2. Weighting阶段:选择最优节点(默认策略为`Least Loaded`) - 关键日志:`/var/log/nova/nova-scheduler.log` - **存储分配**: - 使用Cinder卷启动:`--block-device source=volume,id=<vol_id>` - 后端存储类型:Ceph RBD/LVM/iSCSI(通过`cinder type-create`定义存储类型) --- #### **3. 虚拟化层创建** ```xml <!-- Libvirt域配置文件片段 --> <domain type='kvm'> <memory unit='KiB'>2097152</memory> <vcpu placement='static'>2</vcpu> <devices> <disk type='network' device='disk'> <source protocol='rbd' name='volumes/volume-xxxxx'/> </disk> </devices> </domain> ``` - **Hypervisor操作**: - 调用Libvirt API创建KVM/QEMU实例 - 资源隔离:通过cgroups限制CPU/内存用量 - 虚拟设备挂载:Virtio驱动优化(`hw_vif_model=virtio`) - **网络配置**: - Neutron创建port并分配MAC/IP: ```bash openstack port create --network private-net --security-group sg-web vm01-port ``` - OVS流表规则:查看`ovs-ofctl dump-flows br-int` --- #### **4. 初始化配置** ```yaml # cloud-init配置示例 cloud_config: users: - name: admin ssh-authorized-keys: - ssh-rsa AAAAB3NzaC... packages: - nginx runcmd: - systemctl enable nginx ``` - **元数据服务**: - 通过`169.254.169.254`获取metadata - 自定义元数据:`--property role=web_server` - **配置注入方式**: - 支持cloud-init/config-drive - 密钥对注入:`--key-name mykey`(密钥存储于`~/.ssh/authorized_keys`) --- #### **5. 状态同步与监控** ```bash # 查看虚拟机状态链 nova list --fields name,status,task_state,power_state ``` - **状态机流转**: `BUILDING` → `ACTIVE`(正常)或 `ERROR`(异常) - 常见错误状态: - `ERROR`:镜像下载失败(检查Glance服务状态) - `BUILD(spawning)`:卡在资源分配阶段(检查Hypervisor日志) - **监控集成**: - 通过Ceilometer采集指标(CPU利用率/磁盘IO) - 告警规则示例:`openstack alarm-threshold-create --metric-name cpu_util --threshold 80` --- ### **关键路径故障排查** 1. **资源不足错误** ```bash # 检查计算节点资源 nova hypervisor-show <hostname> | grep -E "free_ram|free_disk" ``` 2. **网络连通性问题** ```bash # 验证Neutron DHCP配置 neutron dhcp-agent-list-hosting-net <network_id> ``` 3. **镜像启动失败** ```bash # 查看Glance镜像状态 openstack image show <image_id> -c status -c checksum ``` --- ### **高阶优化方案** ```heat # Heat模板资源定义示例 resources: web_server: type: OS::Nova::Server properties: flavor: m1.small image: cirros networks: [{network: private-net}] user_data: | #!/bin/bash echo "Hello OpenStack" ``` - **自动化扩展**: - 结合Heat模板实现编排部署 - 使用Senlin实现自动伸缩(基于负载指标) - **GPU直通配置**: ```bash nova flavor-key gpu_flavor set hw:gpu=1 ``` ---
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