磨刀不误砍柴工，OpenStack核心服务详解（下）

前言

OpenStack计算管理

Nova作为OpenStack的核心项目，提供大规模可扩展、按需弹性和自助服务的计算资源是整个OpenStack中最核心的项目。

OpenStack计算服务Nova简介

OpenStack计算服务是什么

• Nova
  计算服务
  首次出现在OpenStack的“Austin”版本中。
• 简介
  Nova提供大规模、可扩展、按需自助服务的计算资源。
  Nova支持管理裸机，虚拟机和容器。
• 依赖的OpenStack服务
  OpenStack最初几个版本中，计算、存储、网络都由Nova实现，后面逐步拆分出存储和网络。
  目前Nova专注提供计算服务，依赖Keystone的认证服务，Neutron的网络服务Glance的镜像服务。

Nova在OpenStack中的位置和作用

• Nova是什么？
  OpenStack中提供计算资源服务的项目
• Nova负责什么？
  • 虚拟机生命周期管理
  • 其他计算资源生命周期管理
• Nova不负责什么？
  • 承载虚拟机的物理主机自身的管理
  • 全面的系统状态监控
• Nova是OpenStack事实上最核心的项目
  • 历史最长：OpenStack首批两个项目之一
  • 功能最复杂，代码量最大
  • 大部分集成项目和Nova之间都存在合作关系
  • 贡献者在社区中的影响力最大

Nova架构

Nova架构图

Nova内部服务使用REST调用，Nova和其他OpenStack服务交互时，使用消息队列。

Nova运行架构

Nova服务各组件可分布式部署，且可通过virtDriver对接不同的虚拟化平台。

Nova资源池管理架构

Region>Availability Zone>Host Aggregate

Nova组件详细讲解

Nova组件

API

Nova API功能

• 对外提供REST接口，接收和处理请求。
• 对传入参数进行合法性校验和约束限制。
• 对请求的资源进行配额的校验和预留。
• 资源的创建、更新、删除查询等。
• 虚拟机生命周期管理的入口。

WSGI：Web Server Gateway Interface

Conductor

Nova-Conductor功能

• 数据库操作，解耦其他组件（Nova-Compute）数据库访问。
• Nova复杂流程控制，如创建，冷迁移，热迁移，虚拟机规格调整，虚拟机重建。
• 其他组件的依赖，如nova-compute需要nova-conductor启动成功后才能启动。
• 其他组件的心跳定式写入。

引入Nova-Conductor的好处

• 安全性上考虑
  之前每个nova-compute都是直接访问数据库的。如果由于某种原因，某个计算节点被攻陷了，那攻击者就可以获取访问数据库的全部权限，肆意操作数据库。
• 方便升级
  将数据库和nova-compute解耦，如果数据库模式改变，nova-compute就不用升级了。
• 性能上考虑
  之前数据库的访问在nova-computer中直接访问且数据库访问的是阻塞性的，由于nova-compute只有一个OS线程，所以当一个绿色线程去访问数据库的时候会阻塞其他绿色线程，导致绿色线程无法并发。但是nova-conductor是通过rpc调用，rpc调用是绿色线程友好的，一个rpc call的执行返回前不会阻塞其他绿色线程的执行。这样就提高了操作的并发。
  

Scheduler

Nova-Scheduler功能

• 筛选和确定将虚拟机实例分配到哪一台物理机
• 分配过程主要分为两步，过滤和权重：
  • 通过过滤器选择满足条件的计算节点
  • 通过权重选择最优的节点
    

Compute

• Nova-Compute框架
  • Manager
  • Driver
• 对接不同的虚拟化平台
  • KVM
  • VMware
  • Xen
  • LXC
  • QEMU
• 虚拟机各生命周期操作的真正执行者（会调用对应的hypervisor的driver）
• 底层对接不同虚拟化的平台（KVM/VMware/Xen/Ironic等）
• 内置周期性服务，完成资源刷新，虚拟机状态同步等功能。
• 资源管理模块（resource_tracker）配合插件机制，完成资源的统计。
  

Nova服务示例

列出Nova服务

$ openstack compute service list

Nova典型操作

Nova主要操作对象

虚拟机状态介绍

• 虚拟机状态介绍
  • vm_state：数据库中记录的虚拟机状态
  • task_state：当前虚拟机的任务状态，一般是中间态或者None。
  • power_state：从hypervisor获取的虚拟机的真实状态。
  • Statue：对外呈现的虚拟机状态。
• 状态之间的关系
  • 系统内部只记录vm_state和task_state，power_state
  • Status是由vm_state和task_state联合生成的
• 举例
  • vm_state为active，task_state为rebooting，则status为REBOOT
  • vm_state为building，则status为BUILD
    

虚拟机状态组合

虚拟机状态变迁图

Nova典型工作流程

Nova创建虚拟机流程

• step1
  用户通过Dashboard/CLI申请创建虚拟机，并以REST API方式来请求KeyStone授权
  Keystone鉴定后送回auth-token（用来通过REST-call向其他组件发送请求）
• step2
  Dashboard或者CLI将创建虚拟机请求转换成REST API形式并发送给nova-api
• step3
  nova-api收到请求后向Keystone发送请求验证auth-token并获取权限
  keystone验证token并发送角色和权限更新的认证报头
• step4
  nova-api联系nova-database，为新的实例创建初始数据库条目（此时虚拟机状态开始变成building）
• step5
  nova-api发送请求给nova-scheduler，以获得适合安装虚拟机的主机
• step6
  nova-scheduler从queue中拿到请求
• step7
  nova-scheduler联系nova-database通过过滤与权衡来查找最合适的主机
  • nova-scheduler在过滤与权衡后返回最合适安装虚拟机的主机的ID
  • nova-scheduler发送请求给nova-compute，请求创建虚拟机
• step8
  nova-compute从queue中拿到请求，发送请求给nova-conductor以获取选定主机的信息，如规格（ram，cpu，disk）
• step9
  nova-compute从queue中拿到请求，联系nova-db，返回选定主机的信息
  • nova-conductor将信息发送到queue中
  • nova-compute从queue中得到选定主机的信息
• step10
  nova-compute通过传递auth-token给glance-api进行REST调用，向glance请求使用镜像服务
• step11
  glance-api与keystone验证auth-token，nova-compute得到镜像元数据
• step12
  nova-compute通过传递auth-token给Neutron-api进行REST调用，以获取网络服务
• step13
  Neutron-api与keystone验证auth-token，nova-compute得到网络信息
• step14
  nova-compute通过传递auth-to