《企業私有云建設指南》一2.3.2　OpenStack

2.3.2　OpenStack

OpenStack是一個能夠管理整個數據中心大量資源池（包括計算、存儲和網絡資源等）的云操作系統。就計算資源來說，OpenStack可以規劃并管理大量虛擬機，從而允許企業或服務提供商按需提供計算資源；開發者可以通過OpenStack API訪問計算資源從而創建云應用，管理員與用戶則可以通過Web訪問這些資源。在OpenStack中，計算服務是OpenStack的核心服務，它由Nova項目提供實現。Nova項目不包括任何虛擬化軟件；相反地，它通過各種插件與運行在主機上的底層虛擬化軟件進行對接，然后再向外提供API。

Nova包括以下四個核心模塊：

◆ ?? Nova-api：向外提供OpenStack Compute API。

◆ ?? Nova-conductor：數據庫訪問。

◆ ?? Nova-scheduler：將通過API進來的虛擬機創建請求調度到某個主機上。

◆ ?? Nova-compute：通過調用主機上Hypervisor的API創建和控制虛擬機。

1.主機管理

為了更好地管理云中的主機，OpenStack Nova引入了多個概念來對這些主機進行邏輯劃分，這些概念包括域（Region）、可用域（Availability Zone，AZ）、主機聚合域（Host Aggregates Zone，HAZ）等。

OpenStack通過引入Region（域）的概念，支持全球化部署，比如為了降低網絡延時，用戶可以選擇在特定的Region中部署服務。各個Region之間的計算資源、網絡資源、存儲資源都是獨立的，但所有Region共享賬戶用戶信息，因為Keystone是實現OpenStack租戶用戶管理和認證功能的組件，所以Keystone全局唯一，所有Region共享一個Keystone，Keystone端點中存儲了訪問各個Region的URL。

OpenStack引入了AZ的概念，其主要目的之一是基于可靠性考慮。AZ可以簡單地理解為一組節點的集合。在實際操作中，我們可以將具有獨立的電力供電設備的一組節點劃分到一個AZ之中，比如將一個獨立供電的機架劃分為一個AZ。AZ由管理員創建，對用戶可見，比如用戶要運行某個有高可靠性要求的應用，那么他可以在兩個不同的AZ之中分別創建一個虛擬機，然后在每個虛擬機中部署該應用，并使用負載均衡服務來連接這兩個虛擬機中的應用以對外提供可靠的服務。

HAZ也是把一批具有共同屬性的計算節點劃分到同一個Zone中，HAZ可以對AZ進一步細分，一個AZ可以有多個HAZ，一個HAZ也可以跨多個AZ。同一個HAZ下的機器都具有某種共同的屬性，比如高性能計算、高性能存儲（SSD）、高性能網絡（支持SR-IOV等）。HAZ和AZ的另一個不同之處在于HAZ對用戶不是明確可見的，用戶在創建虛擬機時不能像指定AZ一樣直接指定HAZ，但是可以通過在Instance Flavor中設置相關屬性，由Nova-scheduler根據調度策略調度到滿足該屬性的HAZ中。

這些概念組合起來，可以用圖2-4來表示。

比方說，某用戶有兩個機房，分別位于北京和上海，分別有100臺和200臺物理服務器作為計算資源池，那么可以使用表2-3中的方法來對這些服務器進行劃分。

2.資源池管理

如圖2-5所示，Nova-scheduler服務通過運行在每個主機上的Nova-compute服務獲取主機的信息并保存在集中式數據庫中，形成一個虛擬計算資源池，這些信息會被及時更新。管理員可以在OpenStack Dashboard（Horizon）或者使用Nova API/CLI來查看資源池的情況。

如圖2-6所示，在匯總（Hypervisor Summary）部分，管理員可以看到整個資源池中的資源總數，包括vCPU、內存和本地磁盤等，以及這些資源已經被使用的數目；在列表部分，可以看到每個主機的詳細信息，包括類型、vCPU數目、內存總量和已使用量、本地磁盤空間總量和已使用量、虛擬機數目等。管理員還可以通過Nova CLI獲取每一個Hypervisor在數據庫中保存的詳細信息。

3.資源池的使用

開發者、管理員和用戶通過Nova API和CLI或者在OpenStack Horizon上進行操作來創建虛擬機，每個虛擬機都會占用一定的計算資源，而計算資源占用的多少則是通過Nova Flavor來實現的。Nova Flavor是所要創建的虛擬機的規格，其中就包含了該虛擬機所要求的vCPU、內存、本地磁盤等計算資源的數目。如圖2-7所示。

4.資源的調度

當Nova-api服務接收到創建虛擬機的請求后，它會通過消息隊列將請求轉交給Nova-scheduler模塊，后者會根據在數據庫中保存的整個環境中計算資源池的情況，按照請求中所要申請的資源，選擇一個最合適的主機來創建該虛擬機。

如圖2-8所示，Nova-scheduler的調度包括兩個子過程：

◆ ?? 過濾（f?iltering）：Nova根據管理員在配置文件中所配置的過濾器（f?ilter），對云環境的所有主機進行逐一過濾，將滿足所有過濾器要求的主機選出來。

◆ ?? 權重（weighting）：對上一步驟中所有滿足要求的主機計算權重并以此排序從而得出一個最佳主機。計算主機權重的過程需要調用指定的各種Weigher Module以得到每個主機的權重值。

Nova中已經實現了很多過濾器，也支持用戶自定義的過濾器。Nova默認使用如下過濾器：

◆ ?? RetryFilter：過濾掉之前已經嘗試調度過的主機。

◆ ?? AvailabilityZoneFilter：過濾出在指定可用域中的主機。

◆ ?? RamFilter：過濾出有足夠內存（RAM）的主機。

◆ ?? CoreFilter：過濾出有足夠vCPU核的主機。

◆ ?? DiskFilter：過濾出有足夠根磁盤和臨時磁盤空間的主機。

◆ ?? ComputeFilter：過濾出Nova-compute服務可用的主機。

◆ ?? ComputeCapabilitiesFilter：過濾出滿足Flavor中指定的特定要求的主機。

◆ ?? ImagePropertiesFilter：過濾出滿足虛擬機鏡像特定要求的主機。

每個主機只有在滿足所配置的所有過濾條件后，才能進入權重階段。關于過濾器更詳細的信息和可選的過濾器等內容，請參考OpenStack有關文檔。

5.虛擬機管理

如圖2-9所示，Nova-compute支持多種Hypervisor，通過使用不同的Hypervisor API來管理這些Hypervisor上的虛擬機。OpenStack通過Nova管理虛擬機，形成在云范圍內的虛擬機資源池。

根據OpenStack社區2016年最新的一次用戶調查結果，目前，在生產和開發測試環境中使用的Hypervisor情況如圖2-10所示。

OpenStack 虛擬化 數據庫

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