Nova 计算服务

1. 项目介绍​Nova是OpenStack中的计算组织控制器，用于为单个用户或使用群组管理虚拟机实例的整个生命周期， 负责管理所有的资源、网络、认证以及可扩展性。​OpenStack Compute 没有包含任何的虚拟化软件，相反它定义和运行在主机操作系统上的虚拟化机制(Hypervisors)交互的驱动程序(默认使用KVM)，并通过基于Web的程序应用接口(API)来提供功能的使用。​
2. 服务组件​Nova-api 对外提供一个与实例交互的接口，也是外部可用于管理实例的唯一组件，用来引发多数业务流程的活动(如运行一个实例)。API端点是一个基础的HTTP网页服务，通过使用多种API接口(Amazon，Rackspace和相关的模型)来提供认证，授权和基础命令和控制功能。​Nova compute 是一个非常重要的守护进程，负责创建和终止虚拟机实例，即管理着虚拟机实例的生命周期。它接受来自消息队列的动作然后执行一系列的系统操作，如启动一个KVM实例，并且更新数据库的状态。可以通过使用API的方式把命令分发到Compute控制器，进行以下的操作：​ 实例生命周期的管理：运行、结束、重启、销毁实例​ 卷的管理：通过卷控制器(nova-volume)，管理基于LVM的实例卷​ 授权管理：提供认证和授权服务​ 对象存储：组件选择性提供存储服务​Nova-schedule ：接受一个消息队列的虚拟实例请求，通过恰当的调度算法决定在哪台主机上运行这个请求，即从可用资源池中获得一个计算服务，起到调度器的作用。最简单的算法就是随机选择一个。​Nova-novncproxy NoVNC代理服务​Nova-consoleauth 虚拟机开机日志服务、VNC及日志安全认证服务​Nova-xvpvncproxy xvpvnc代理服务​ Nova-network(高版本已被neutron取代)接受来自消息队列的任务，对网络执行相应的操作。特定的任务有分配固定IP，为项目配置VLAN，为计算节点配置网络等​Nova-volume(高版本已被cinder取代) 用来管理基于LVM的实例卷，有新建卷，删除卷，为实例附加卷，为实例分离卷等相关功能。卷为实例提供一个持久化存储，由于根分区是非持久化的，当实例终止时对它所做的任何改变都会消失。当一个卷从实例分离或者实例终止时，这个卷保留着存储在其中的数据，把这个卷重新加载到相同实例或者附加到不同实例时，这些数据依然能够被访问。​Nova-conductor 介于nova-compute和database之间，避免compute直接访问数据库。​message queue：消息队列，使用AMQP(Advanced Message Queue Protocol)为各个模块之间的通信建立通道，起到一个集线器的作用，这里是RabbitMQ。Nova通过异步调用请求响应，在响应被接受的时候会触发回调。因为使用了异步通信，不会有用户长时间卡在等待状态，这个是非常有必要的，因为许多API调用预期的行为都很耗时，比如加载一个实例或者是上传一个镜像。​一个典型的消息传递事件从API服务器接受来自用户的请求开始。这个API服务器授权这个用户，保证用户是被允许发起相关的命令。在请求中所涉及到的对象的有效性被评估，如果评估有效，将传递给相关的工作处理器。这个请求首先会被发送到消息队列中。工作处理器在它们各自角色或者主机名的基础上监听这个队列。当监听到产生了工作请求，工作处理器接收这个任务并开始执行。完成之后，响应会分发到队列中。队列会被API服务器接收和转述到发起请求的用户。在整个过程中数据库实体会根据需求被查询，增加或者消除。​database：存储云基础设施构建时和运行时状态，包括可用的实例类型，正在使用的实例类型，可用的网络和项目。​
3. 计算服务的原理

它虽然比较复杂，但是信息量不是很大，可以将上图总结为以下三点：​

*终端用户 (开发/运维人员和其他openstack组件)与nova-api进行交互​

*openstack nova守护进程之间通信通过消息队列(动作)和数据库(信息)交互​

*openstack glance是一个完全和openstack nova不一样的架构，它们之间通过glance api交互​

总的来说，nova的各个组件是以数据库和队列为中心进行通信的，下面对其中的几个组件做一个简单的介绍：​

Queue，也就是消息队列，它就像是网络上的一个hub，nova各个组件之间的通信几乎都是靠它进行的，当前的Queue是用RabbitMQ实现的，它和database一起为各个守护进程之间传递消息。​

database存储云基础架构中的绝大多数状态。这包括了可用的实例类型，在用的实例，可用的网络和项目。当前广泛使用的数据库是sqlite3(仅适合测试和开发工作)、MySQL和PostgreSQL。​

nova-compute负责决定创造虚拟机和撤销虚拟机，通过运行一系列系统命令(例如发起一个KVM实例，)并把这些状态更新到nova-database中去，其过程相当复杂，但是基本原理很简单。​

nova-schedule负责从queue里取得虚拟机请求并决定把虚拟机分配到哪个服务器上去。schedule的算法可以自己定义(也就是实现了一个可插入式的结构。)，目前有Simple (最少加载主机),chancd(随机主机分配) ，zone(可用区域内的随机节点)等算法。​

nova-volume负责记录每一个计算实例，相当于一个计算请求吧，并负责创建，分配或撤销持久层容器(Amazon的，iSCSI，AoE等等)给这些compute instances。​

nova -netwok负责处理队列里的网络任务。​

nova-api守护进程是OpenStack Compute的中心。它为所有API查询提供一个入口，并且同时支持OpenStack API 和 Amazon EC2 API。​

为了看看nova是如何工作的，我们以启动一个实例为例来进行说明，因为启动一个新的instance涉及到很多openstack nova里面的组件共同协作。​

因为创建实例设计的组件较多，此处先解决nova内部的流程(更为详细的见后面)：​

其中：​

API：处理客户端的请求，并且转发到 Queue和Database中。​

Scheduler：选择一个host去执行命令​

nova-compute：启动和停止实例，附加和删除卷等操作​

nova-network：管理网络资源，分配固定IP。​

接下来就是真正的过程了，先从API开始：​

API​

例如我们输入一个命令：euca-run-instances-k test -t m1.tiny ami-tiny 它会执行以下操作：​

查看这种类型的instance是否达到最大值​

给scheduler发送一个消息(实际上是发送到Queue中)去运行这个实例。​

Schedule​

调度器接收到了消息队列Queue中API发来的消息，然后根据事先设定好的调度规则，选择好一个host，之后，这个instance会在这个host上创建。​

Compute​

真正去创建一个instance的操作是由Compute完成的，compute与glance-api交互，以及其他的一些操作之后创建出实例。​

1. 计算服务的搭建先配置控制节点(Controller Node)，进行以下操作。

1. 首先配置计算服务所需要的数据库首先在数据库中创建名为nova的数据库：

然后授权nova用户对nova库拥有完全权限：​

1. 创建keystone认证加载admin的环境变量，source admin-openrc.sh创建keystone认证用户nova、nova服务实体，endpoint

1. 安装计算服务软件包
2. 修改nova的配置文件/etc/nova/nova.conf​

a、首先连接数据库：​

b、配置消息队列​

1. 创建keystone认证：​

d、指定本机的管理IP：​

e、配置VNC proxy​

f、配置glance服务器​

g、配置oslo并发的锁目录​

填充nova数据库：​

启动服务并开机自启：​

到此，控制节点的计算服务配置完毕。​

接下来配置计算节点(Computer Node)，进行以下操作。​

1. 安装计算节点的软件包
2. 修改nova 配置文件/etc/nova/nova.confa、配置消息队列

b、配置keystone认证：​

c、指定本机的管理IP：​

d、配置远程控制台登录：​

e、配置glance服务器​

f、配置oslo并发的锁目录​

在命令行运行egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo，如果出现的数字大于等于1，则不需要任何操作，如果出现的是0，那么需要更改libvirt的值为QEMU而不是KVM。​

启动服务并开机自启​

1. 计算服务的验证​

在控制节点运行以下命令：​

加载admin环境变量 source admin-openrc.sh​

用nova来计算一些资源：​

到此nova服务搭建完毕。​

Controller节点：​

运行nova-api、nova-cert、nova-condutor、nova-scheduler、nova-consoleauth这些小型服务​

Compute节点：​

运行nova-novncproxy、nova-xvpvncproxy、nova-compute这些小型服务。​

Compute manager​

Nova-api——> nova-scheduler——> nova-compute——>​

或KVM​

1、首先nova-api接受来自客户端或者dashboard的请求。接受到请求后先验证请求的合法性。通过验证后，将请求交给nova-scheduler。​

2、nova-scheduler负责选择主机。接受到nova-api的请求后，nova-scheduler会查看集群中所有服务正常的计算节点，并在计算节点中选择一个合适的节点启动虚拟机。选择结束后会将请求交给选中的节点的nova-compute服务。​

3、nova-compute运行在计算节点上，专门负责创建虚拟机。Nova-compute服务中，compute manager负责接受消息，而真正干活的是compute driver。Openstack的compute driver可以支持很多种hypervisor，比如hyper-V，vmware，XenServer，KVM，Xen等，其中KVM和Xen主要是通过libvirt进行管理。Openstack默认采用libvirt作为底层来管理虚拟机。因此，nova-compute把消息转交给libvirt的时候，nova-compute及开始干活了。接下来就有底层libvirt负责。​

4、libvirt、KVM、Xen：首先是libvirt接受消息，在将具体的任务交给KVM和Xen。​