什么是OpenStack？

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OpenStack 包括 OpenStack计算（代号Nova），OpenStack对象存储（代号Swift），OpenStack镜像服务（代号Glance）等的集合。

OpenStack提供了一个操作平台，或工具包，用于编排云。

一. Openstack架构

​ 整个OpenStack由 控制节点、网络节点、计算节点、存储节点四大部分组成。

1.1 控制节点架构

1. 管理支持服务，包含Mysql 数据库 和 Rabbit MQ 消息中间件
2. 基础管理服务
   • keystone：认证管理服务
   • Glance：镜像管理服务
   • Nova：计算管理服务
   • Neutron：网路管理服务
   • Horizon：控制台服务
3. 扩展管理服务
   • Cinder：块存储服务
   • Swift：对象存储服务
   • Trove：数据库服务
   • Heat：集群服务
   • Ceilometer：监控服务

1.2 网络节点架构

网络节点仅包含Neutron服务：负责管理私有网段与公有网段的通信，以及管理虚拟机网络之间的通信/拓扑，管理虚拟机之上的防火等等。

包含三个网络端口：

• eth0：用于与控制节点的通信
• eth1：用于与计算、存储节点的通信
• eth2：用于外部虚拟机与相应网络之间的通信

1.3 计算节点架构

计算节点包含 Nova、Neutron、Telemeter三个服务

1. 基础服务
   • Nova：提供虚拟机的创建，运行，迁移，快照等服务，并提供API与控制节点对接，由控制节点下发任务。
   • Neutron：提供计算节点与网络节点之间的通信服务
2. 扩展服务
   • Telemeter：提供计算节点的监控代理，将虚拟机的情况反馈给控制节点

计算节点至少包含两个网络端口

• eth0：与控制节点通信，受控制节点统一调配
• eth1：与网络节点，存储节点通信

1.4 存储节点架构

存储节点包含 Cinder，Swift 等服务

• Cinder：块存储服务。就是虚拟出一块磁盘，可以挂载到相应的虚拟机之上，不受文件系统等因素影响。对虚拟机来说，这个操作就像是新加了一块硬盘，可以完成对磁盘的任何操作 。
• Swift：对象存储服务，提供高可用分布式对象存储服务，为Nova组件提供虚拟机镜像存储，提供存储数据的易用服务。

存储节点至少包含两个网络端口：

• eth0：与控制节点通信，接受控制节点的任务，受控制节点统一调配
• eth1：与计算/网络节点通信，完成控制节点下发的各类任务

二、各组件的作用与关系

2.1 Horizon –UI服务

​ Horizon是一个用以管理、控制OpenStack服务的Web控制面板，它可以管理实例、镜像、创建密匙对，对实例添加卷、操作Swift容器等

2.1.1 OpenStack管理的web接口–horizon

• 实例管理：创建、终止实例，查看终端日志，VNC链接，添加卷等
• 访问与安全管理：创建安全群组，管理密匙对，设置浮动IP等
• 偏好设定：对虚拟硬件模板可以进行不同的偏好设置
• 镜像管理：编辑或删除镜像
• 用户管理：创建用户、管理用户、配额等
• 卷管理：创建卷和快照
• 对象存储处理：创建、删除容器和对象
• 为项目下载环境变量

2.2 Nova –计算服务

​ Nova是OpenStack计算的弹性控制器，云实例生命期所需的各种动作都将由Nova进行处理和支撑，负责管理整个云的计算资源、网络、授权及测度。它使用libvirt API与虚拟机的宿主机进行交互。Nova 通过Web服务API对外提供处理接口。

2.2.1 Nova弹性云包含的部分

1. nova-api（API服务器）： API服务器提供了云设施与外界交互的接口。通过使用Web服务 来调用API，接着API服务器通过消息队列把请求送达至云内目标设施进行处理。

2. Rabbit MQ Server（消息队列）：Nova对请求应答进行异步调用，当请求接收后便立即触发一个回调。

3. nova-scheduler（调度器）：调度器负责把nova-api调用送达给目标。调度器以名为nova-schedule的守护进程运行，并根据调度算法从可用资源池中选择运算服务器。

4. nova-computer（运算工作站）：通过消息队列接收请求并执行，从而对实例进行各种操作。

5. nova-network（网络控制器）：处理主机的网络配置，例如 IP地址分配，配置项目VLAN，设定安全群组及为计算节点配置网络

6. nova-volume（卷工作站）：基于LVM的实例卷，能够为一个实例创建、删除、附加卷，也可以从一个实例中分离卷。

   卷管理为何如此重要？

   因为 它提供了一种保持实例持续存储的手段，比如当结束一个 实例后，根分区如果是非持续化的，那么对其的任何改变都将丢失。可是，如果从一个实例中将卷分离出来，或者为这个实例附加上卷的话，即使实例被关闭，数据 仍然保存其中。这些数据可以通过将卷附加到原实例或其他实例的方式而重新访问。

   因此，为了日后访问，重要数据务必要写入卷中。这种应用对于数据服务器实例的存储而言，尤为重要。

2.2.2 Nova常用术语

• KVM：内核虚拟化，为openstack中默认的Hypervisor层
• Qemu：KVM的替补，KVM用户空间的管理工具
• Flavor：新建虚拟机的配置列表，可以认为是创建虚拟机模板
• Keypair：SSH连接访问实例的密钥对
• 安全组：控制实例访问策略的容器，包含各种安全组规则
• 安全组规则：控制实例访问的具体策略

2.3 Keystone –认证服务

​ Keystone为所有的Openstack组件提供认证和访问策略服务。依赖自身REST（基于identity API）系统进行工作。主要对（不仅限于）Swift、Glance、Nova等进行认证和授权。授权是通过动作消息来源者请求的合法性进行鉴定。

2.3.1 keystone认证原理

用户创建时通过keystone申请一张访问令牌access token，当用户提出创建虚拟机实例请求时，用户将访问令牌及创建请求提交给Nova，Nova为确保令牌未被篡改，会先将令牌发到Keystone验证，验证通过后Nova为了启动虚拟机实例还需向Glance申请镜像资源，Glance做如上操作无误后会向Nova发放镜像资源，Netron等同理

2.3.2 keystone常用术语

• User：openstack最基本的用户

• Project：分配给使用者资源的集合

• Role：一组用户可以访问资源的权限

• Domain：定义管理边界，是最上层的集合。可以包含多个project、user、role等

• Endpoint：服务URL路径（服务入口），可以认为是服务暴露出的访问点，每个OpenStack服务都拥有一个指定的端口和专属的URL

2.4 Swift –对象存储服务

​ Swift为openstack提供一种分布式、持续虚拟对象存储。内建冗余和失效备援管理，也能处理归档和媒体流，特别是大数据（千兆字节）和大容量（多对象数量）的测度非常高效。

2.4.1 Swift 包含的部分

• Swift代理服务器：用户都是通过Swift-API 与服务器进行交互，代理服务器是接收外界请求的门卫，它检测合法的实体位置并路由它们的请求。代理服务器也处理实体失效而转移时，故障切换的实体重复路由请求。
• swift对象服务器：是一种二进制存储，负责处理本地存储中的对象数据的存储、检索和删除。对象都是文件系统中存放的典型的二进制文件，具有扩展文件属性的元数据（xattr）。
• Swift容器服务器：容器服务器将列出一个容器中所有的对象，默认对象列表将存储为SQLite文件，也可以指定为Mysql文件。容器服务器也会统计包含的对象数量及容器的存储空间耗费。
• Swift账户服务器：列出容器中的对象。
• Ring（索引环）：Ring容器记录着Swift中物理存储对象的位置信息，是真实物理存储位置的实体名的虚拟映射。（这里的实体指账户、容器、对象，它们都拥有自己的不同的Rings。）

2.4.2 Swift 常用术语

• Account：不是帐户，而是用户定义的存储管理区域。
• Container：存储隔间，类似文件夹或目录
• Object：对象。包含了基本的存储实体和它自身的元数据
• Ring：记录了磁盘上存储的实体名称和物理位置的映射关系
• Region：地域，从地理位置划分的一个概念
• Zone：可用区，按照独立的供网、供电基础设施划分
• Disk：磁盘。物理服务器上的存储设备
• Cluster：集群，为冗余考虑的部署架构

2.5 Glance –镜像服务

​ 为 nova 提供镜像服务，以便启动实例的组件。实现镜像的创建、镜像快照管理和镜像模板等。

镜像格式：raw，qcow，vhd，vdi，iso，qcow2，aki，ami

镜像不保存在本地而在后端。swift,filesystem,amazons3。

2.5.1 Glance 组件

• Glance-api：负责提供镜像服务的rest api服务。
• Glance-registry：负责与Glance适用的数据库交互。

2.6 Neutron –网络服务

​ 提供网络服务的核心组件，基于软件定义网络的思想。

​ 将从API接到的消息以消息队列的方式提交给二层或三层代理。

​ DHCP-Agent实现子网创建及IP地址自动分发。

​ L2-Agent实现相同VLAN下网络通信。

​ L3-Agent实现统一租户网络下不同子网间通信。

2.6.1 Neutron 组件

• Neutron-DHCP-agent：为子网自动分发IP地址
• Neutron-I3-agent：租户网络和floating IP间地址转换，通过Linux中iptable中nat实现
• Neutron-meterdata-agent：响应Nova的meterdata请求
• LBaa S agent：为多台实例和open vswich agent提供负载均衡服务

2.6.2 Neutron常用术语

• Bridge-int：实现内部网络功能的网桥
• Br-ex：跟外部网络通信的网桥
• Neutron-server：提供API接口
• Neutron-L2-agent：实现二层网络通信代理，用于管理VLAN的插件，接收Neutron-server的指令创建VLAN

2.7 Cinder –块存储服务

​ 为虚拟机实例提供 volume卷的持久化块存储服务，可将卷挂载到实例上作为实例的本地磁盘使用。一个卷可同时挂载多个实例，但共享的卷同时只能被一个实例写操作。支持对卷的快照，备份等管理。基于插件的服务，容易扩展。

​ User或Nova computer提出创建卷的请求时，Cinder API接收请求，再以消息队列的方式发给Cinder Scheduler，Scheduler监听来自API的数据后到database查询当前存储节点的状态信息，并根据预定的策略选择卷的最佳Volume Service节点，再将调度结果发布出来给Volume Service调用，Service接收到调度结果会查找Volume Providers在特定的存储节点创建相关卷，将相关结果返回给用户同时将修改的数据写入数据库。

2.7.1 支持的文件系统类型

• LVM/ISCSI
• NFS
• NetAPP NFS
• Gluster
• DELL Equall Logic

2.7.2 Cinder 常用术语

• Volume备份：volume卷备份。存放在存放在备份的设备中。
• Volume快照：卷在某个时间点的状态
• Cinder API：为cinder请求提供统一风格的Rest API服务
• Cinder Volume：与存储的块设备交互，实现卷的创建、删除、修改等操作
• Cinder Scheduler：为新卷指定块存储设备
• Cinder Backup：负责通过驱动和后端的备份设备打交道

2.8 Ceilometer –监控服务

​ 计量服务，数据监控器。平台中各个组件信息的统一采集和处理，实现对各组件的监控及流量统计。为流量计费提供数据支撑。

​ 数据采集有两种方式，一种是消耗各服务自动发出的Notification（首要数据来源），另一种是调用各服务API主动轮询获取数据。

2.8.1 Ceilometer 重要节点

• Ceilometer-agent-computer：运行在计算节点上，收集计算节点上信息的代理
• Ceilometer-agent-central：运行在控制节点上，轮询服务的非持续化数据
• Ceilometer-collector：运行在一个或多个控制节点上，监听Message Bus，将收集到的消息写入数据库
• Storage：存储收集到的样本数据
• API Server：运行在控制节点上，提供对数据库数据的访问
• Message Bus：计量数据的消息总线，提供数据给collector

2.9 Heat –编排服务

​ 提供基于模板的编排服务。

​ 用户在 Horizon 或命令行中提交创建模板和参数的请求时，Heat服务接收请求调用用Heat API 或 Heat API CFN 验证模板的正确性，然后通过消息队列异步传送给Heat Engine处理。Heat Engine处理Heat层面的请求，根据模板和输入的参数创建stack，解析stack里各种资源的依赖关系及stack的嵌套关系，根据解析出的关系依次调用各种服务的client来创建各种资源。

2.9.1 Heat组件

• Heat-cfntools、Heat-init：在镜像中安装完成实例操作任务的工具
• Heat-api-cloudwatch：监控编排服务
• Resource：底层各种服务抽象的集合
• Heat-client：调用访问其他组件的client工具

2.9.2 Heat常用术语

• Stack：Heat要用到的所有设施和资源的集合
• Heat template：Heat的模板，以 .yaml结尾的文件，用于创建stack
• Heat-api：提供rest api服务，将api请求发送给heat engine执行
• Heat-api-cfn：支持亚马逊格式访问的 rest api
• Heat-engine：Heat的核心模块，接收API请求在openstack中创建资源