OpenStack(理論篇)

OpenStack基礎(chǔ)理論

云計算概述

概念

• 狹義的云計算是指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式
• 廣義的云計算是指服務(wù)的交付和使用模式

  云資源

• 網(wǎng)絡(luò)資源
• 存儲資源
• 服務(wù)器資源

  云計算服務(wù)模型

  IaaS（基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)）

• 提供底層IT基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，包括處理能力、存儲空間、網(wǎng)絡(luò)資源等
• 一般面向?qū)ο笫荌T管理人員

  PaaS（平臺即服務(wù)）

• 把安裝好開發(fā)環(huán)境的 系統(tǒng)平臺作為一種服務(wù)通過互聯(lián)網(wǎng)提供給用戶
• 一般面向?qū)ο笫情_發(fā)人員

  SaaS（軟件即服務(wù)）

• 直接通過互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供軟件和應(yīng)用程序的服務(wù)
• 一般面向的對象是普通用戶

  OpenStack概述

• 一款云計算模型中的一個項目
• NASA和Rackspace合作研發(fā)并發(fā)起
• 以Apache許可證授權(quán)的自由軟件和開放式源代碼項目
• 旨在為公共及私有云的建設(shè)與管理提供軟件的開源項目
• 覆蓋了網(wǎng)絡(luò)、虛擬化、操作系統(tǒng)、服務(wù)器等各個方面

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OpenStack服務(wù)框架

十年的富縣網(wǎng)站建設(shè)經(jīng)驗，針對設(shè)計、前端、開發(fā)、售后、文案、推廣等六對一服務(wù)，響應(yīng)快，48小時及時工作處理。成都營銷網(wǎng)站建設(shè)的優(yōu)勢是能夠根據(jù)用戶設(shè)備顯示端的尺寸不同，自動調(diào)整富縣建站的顯示方式，使網(wǎng)站能夠適用不同顯示終端，在瀏覽器中調(diào)整網(wǎng)站的寬度，無論在任何一種瀏覽器上瀏覽網(wǎng)站，都能展現(xiàn)優(yōu)雅布局與設(shè)計，從而大程度地提升瀏覽體驗。成都創(chuàng)新互聯(lián)從事“富縣網(wǎng)站設(shè)計”,“富縣網(wǎng)站推廣”以來，每個客戶項目都認(rèn)真落實執(zhí)行。

服務(wù)	項目名稱	描述
Compute （計算服務(wù)）	Nove	負(fù)責(zé)實例生命周期的管理，計算資源的單位。對Hypervisor進(jìn)行屏蔽，支持多種虛擬化技術(shù)（紅帽默認(rèn)為KVM），支持橫向擴(kuò)展
Network（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)）	Neutron	負(fù)責(zé)虛擬網(wǎng)絡(luò)的管理，為實例創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。是面向租戶的網(wǎng)絡(luò)管理，可以自己定義自己的網(wǎng)絡(luò)，各個租戶之間互不影響
Identity（身份認(rèn)證服務(wù)）	Keystone	類似于LDAP服務(wù)，對用戶、租戶和角色、服務(wù)進(jìn)行認(rèn)證與授權(quán)，且支持多認(rèn)證機(jī)制
Dashboard(控制面板服務(wù))	Horizon	提供一個WEB管理界面，與OpenStack底層服務(wù)進(jìn)行交互
Image Service （鏡像服務(wù)）	Glance	提供虛擬機(jī)鏡像模板的注冊和管理，將做好的操作系統(tǒng)拷貝為鏡像模板，在創(chuàng)建虛擬機(jī)時直接使用，可支持多格式的鏡像
Block Storage（塊存儲服務(wù)）	Cinder	負(fù)責(zé)為運行實例提供持久的快存儲設(shè)備，可進(jìn)行方便的擴(kuò)展，按需付費，支持多種后端存儲
Object Storage（對象存儲服務(wù)）	Swift	為OpenStack提供基礎(chǔ)云的彈性存儲，支持集群無單點故障
Telemetry（計量服務(wù)）	Ceilometer	用于度量、監(jiān)控和控制數(shù)據(jù)資源的集中來源，

OpenStack重要組件介紹

OpenStack認(rèn)證服務(wù)（Keystone）

Keystone為所有的OpenStack組件提供認(rèn)證和訪問策略服務(wù)，它依賴自身REST（基于Identity API）系統(tǒng)進(jìn)行工作，主要對（但不限于）Swift、Glance、Nova等進(jìn)行認(rèn)證與授權(quán)。事實上，授權(quán)通過對動作消息來源者請求的合法性進(jìn)行鑒定。下圖顯示了身份認(rèn)證服務(wù)流程圖：

Keystone采用兩種授權(quán)方式，一種基于用戶名/密碼，另一種基于令牌（Token）。

除此之外，Keystone提供以下三種服務(wù)：
令牌服務(wù)：含有授權(quán)用戶的授權(quán)信息
目錄服務(wù)：含有用戶合法操作的可用服務(wù)列表
策略服務(wù)：利用Keystone具體指定用戶或群組某些訪問權(quán)限

keystone認(rèn)證服務(wù)注意事項：

• 服務(wù)入口：如Nova、Swift和Glance一樣每個OpenStack服務(wù)都擁有一個指定的端口和專屬的URL，我們稱其為入口（endpoints）。
• 區(qū)位：在某個數(shù)據(jù)中心，一個區(qū)位具體指定了一處物理位置。在典型的云架構(gòu)中，如果不是所有的服務(wù)都訪問分布式數(shù)據(jù)中心或服務(wù)器的話，則也稱其為區(qū)位。
• 用戶：Keystone授權(quán)使用者
  PS：代表一個個體，OpenStack以用戶的形式來授權(quán)服務(wù)給它們。用戶擁有證書（credentials），且可能分配給一個或多個租戶。經(jīng)過驗證后，會為每個單獨的租戶提供一個特定的令牌。

• 服務(wù)：總體而言，任何通過Keystone進(jìn)行連接或管理的組件都被稱為服務(wù)。舉個例子，我們可以稱Glance為Keystone的服務(wù)。

• 角色：為了維護(hù)安全限定，就云內(nèi)特定用戶可執(zhí)行的操作而言，該用戶關(guān)聯(lián)的角色是非常重要的。
  PS：一個角色是應(yīng)用于某個租戶的使用權(quán)限集合，以允許某個指定用戶訪問或使用特定操作。角色是使用權(quán)限的邏輯分組，它使得通用的權(quán)限可以簡單地分組并綁定到與某個指定租戶相關(guān)的用戶。

• 租間：租間指的是具有全部服務(wù)入口并配有特定成員角色的一個項目。
  PS：一個租間映射到一個Nova的“project-id”，在對象存儲中，一個租間可以有多個容器。根據(jù)不同的安裝方式，一個租間可以代表一個客戶、帳號、組織或項目。

  OpenStack計算設(shè)施----Nova

  Nova是OpenStack計算的彈性控制器。OpenStack云實例生命期所需的各種動作都將由Nova進(jìn)行處理和支撐，這就意味著Nova以管理平臺的身份登場，負(fù)責(zé)管理整個云的計算資源、網(wǎng)絡(luò)、授權(quán)及測度。雖然Nova本身并不提供任何虛擬能力，但是它將使用libvirt API與虛擬機(jī)的宿主機(jī)進(jìn)行交互。Nova通過Web服務(wù)API來對外提供處理接口，而且這些接口與Amazon的Web服務(wù)接口是兼容的。

功能及特點：　

• 實例生命周期管理
• 計算資源管理
• 網(wǎng)絡(luò)與授權(quán)管理
• 基于REST的API
• 異步連續(xù)通信
• 支持各種宿主：Xen、XenServer/XCP、KVM、UML、VMware vSphere及Hyper-V

  Nova彈性云（OpenStack計算部件）包含以下主要部分：

• API Server（nova-api）
• 消息隊列（rabbit-mq server）
• 運算工作站（nova-compute）
• 網(wǎng)絡(luò)控制器（nova-network）
• 卷管理（nova-volume）
• 調(diào)度器（nova-scheduler）

解釋如下：

1）API服務(wù)器（nova-api）

API服務(wù)器提供了云設(shè)施與外界交互的接口，它是外界用戶對云實施管理的唯一通道。通過使用web服務(wù)來調(diào)用各種EC2的API，接著API服務(wù)器便通過消息隊列把請求送達(dá)至云內(nèi)目標(biāo)設(shè)施進(jìn)行處理。作為對EC2-api的替代，用戶也可以使用OpenStack的原生API，我們把它叫做“OpenStack API”。

2）消息隊列（Rabbit MQ Server）

OpenStack內(nèi)部在遵循AMQP（高級消息隊列協(xié)議）的基礎(chǔ)上采用消息隊列進(jìn)行通信。Nova對請求應(yīng)答進(jìn)行異步調(diào)用，當(dāng)請求接收后便則立即觸發(fā)一個回調(diào)。由于使用了異步通信，不會有用戶的動作被長置于等待狀態(tài)。例如，啟動一個實例或上傳一份鏡像的過程較為耗時，API調(diào)用就將等待返回結(jié)果而不影響其它操作，在此異步通信起到了很大作用，使整個系統(tǒng)變得更加高效。

3）調(diào)度器（nova-scheduler）　　

調(diào)度器負(fù)責(zé)把nova-API調(diào)用送達(dá)給目標(biāo)。調(diào)度器以名為“nova-schedule”的守護(hù)進(jìn)程方式運行，并根據(jù)調(diào)度算法從可用資源池中恰當(dāng)?shù)剡x擇運算服務(wù)器。有很多因素都可以影響調(diào)度結(jié)果，比如負(fù)載、內(nèi)存、子節(jié)點的遠(yuǎn)近、CPU架構(gòu)等等。強(qiáng)大的是nova調(diào)度器采用的是可插入式架構(gòu)。
目前nova調(diào)度器使用了幾種基本的調(diào)度算法：

• 隨機(jī)化：主機(jī)隨機(jī)選擇可用節(jié)點；
• 可用化：與隨機(jī)相似，只是隨機(jī)選擇的范圍被指定；
• 簡單化：應(yīng)用這種方式，主機(jī)選擇負(fù)載最小者來運行實例。負(fù)載數(shù)據(jù)可以從別處獲得，如負(fù)載均衡服務(wù)器。

4）運算工作站（nova-compute）

運算工作站的主要任務(wù)是管理實例的整個生命周期。他們通過消息隊列接收請求并執(zhí)行，從而對實例進(jìn)行各種操作。在典型實際生產(chǎn)環(huán)境下，會架設(shè)許多運算工作站，根據(jù)調(diào)度算法，一個實例可以在可用的任意一臺運算工作站上部署。

5）網(wǎng)絡(luò)控制器（nova-network）

網(wǎng)絡(luò)控制器處理主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)配置，例如IP地址分配，配置項目VLAN，設(shè)定安全群組以及為計算節(jié)點配置網(wǎng)絡(luò)。

6）卷工作站（nova-volume）　

卷工作站管理基于LVM的 實例卷，它能夠為一個實例創(chuàng)建、刪除、附加卷，也可以從一個實例中分離卷。卷管理為何如此重要？因為它提供了一種保持實例持續(xù)存儲的手段，比如當(dāng)結(jié)束一個 實例后，根分區(qū)如果是非持續(xù)化的，那么對其的任何改變都將丟失。可是，如果從一個實例中將卷分離出來，或者為這個實例附加上卷的話，即使實例被關(guān)閉，數(shù)據(jù) 仍然保存其中。這些數(shù)據(jù)可以通過將卷附加到原實例或其他實例的方式而重新訪問。

因此，為了日后訪問，重要數(shù)據(jù)務(wù)必要寫入卷中。這種應(yīng)用對于數(shù)據(jù)服務(wù)器實例的存儲而言，尤為重要

OpenStack鏡像服務(wù)器----Glance

OpenStack鏡像服務(wù)器是一套虛擬機(jī)鏡像發(fā)現(xiàn)、注冊、檢索系統(tǒng)，我們可以將鏡像存儲到以下任意一種存儲中：

• 本地文件系統(tǒng)（默認(rèn)）
• S3直接存儲
• S3對象存儲（作為S3訪問的中間渠道）
• OpenStack對象存儲等等。　

  功能及特點：

• 提供鏡像相關(guān)服務(wù)。

Glance構(gòu)件：

• 1）Glance-API：
  主要負(fù)責(zé)接收響應(yīng)鏡像管理命令的Restful請求，分析消息請求信息并分發(fā)其所帶的命令（如新增，刪除，更新等）。默認(rèn)綁定端口是9292。
  • 2）Glance-Registry：
    主要負(fù)責(zé)接收響應(yīng)鏡像元數(shù)據(jù)命令的Restful請求。分析消息請求信息并分發(fā)其所帶的命令（如獲取元數(shù)據(jù)，更新元數(shù)據(jù)等）。默認(rèn)綁定的端口是9191。

OpenStack存儲設(shè)施----Swift

Swift為OpenStack提供一種分布式、持續(xù)虛擬對象存儲，它類似于Amazon Web Service的S3簡單存儲服務(wù)。Swift具有跨節(jié)點百級對象的存儲能力。Swift內(nèi)建冗余和失效備援管理，也能夠處理歸檔和媒體流，特別是對大數(shù)據(jù)（千兆字節(jié)）和大容量（多對象數(shù)量）的測度非常高效。

swift功能及特點：　　

• 海量對象存儲
• 大文件（對象）存儲
• 數(shù)據(jù)冗余管理
• 歸檔能力-----處理大數(shù)據(jù)集
• 為虛擬機(jī)和云應(yīng)用提供數(shù)據(jù)容器
• 處理流媒體
• 對象安全存儲
• 備份與歸檔
• 良好的可伸縮性

Swift組件

• Swift賬戶
• Swift容器
• Swift對象
• Swift代理
• Swift RING
  

  Swift代理服務(wù)器　　

  用戶都是通過Swift-API與代理服務(wù)器進(jìn)行交互，代理服務(wù)器正是接收外界請求的門衛(wèi)，它檢測合法的實體位置并路由它們的請求。
  此外，代理服務(wù)器也同時處理實體失效而轉(zhuǎn)移時，故障切換的實體重復(fù)路由請求。

Swift對象服務(wù)器

對象服務(wù)器是一種二進(jìn)制存儲，它負(fù)責(zé)處理本地存儲中的對象數(shù)據(jù)的存儲、檢索和刪除。對象都是文件系統(tǒng)中存放的典型的二進(jìn)制文件，具有擴(kuò)展文件屬性的元數(shù)據(jù)（xattr）。

注意：xattr格式被Linux中的ext3/4，XFS，Btrfs，JFS和ReiserFS所支持，但是并沒有有效測試證明在XFS，JFS，ReiserFS，Reiser4和ZFS下也同樣能運行良好。不過，XFS被認(rèn)為是當(dāng)前最好的選擇。

Swift容器服務(wù)器

容器服務(wù)器將列出一個容器中的所有對象，默認(rèn)對象列表將存儲為SQLite文件（譯者注：也可以修改為MySQL，安裝中就是以MySQL為例）。容器服務(wù)器也會統(tǒng)計容器中包含的對象數(shù)量及容器的存儲空間耗費。

Swift賬戶服務(wù)器

賬戶服務(wù)器與容器服務(wù)器類似，將列出容器中的對象。

Ring（索引環(huán)）

Ring容器記錄著Swift中物理存儲對象的位置信息，它是真實物理存儲位置的實體名的虛擬映射，類似于查找及定位不同集群的實體真實物理位置的索引服務(wù)。這里所謂的實體指賬戶、容器、對象，它們都擁有屬于自己的不同的Rings。

OpenStack管理的Web接口----Horizon

Horizon是一個用以管理、控制OpenStack服務(wù)的Web控制面板，它可以管理實例、鏡像、創(chuàng)建密匙對，對實例添加卷、操作Swift容器等。除此之外，用戶還可以在控制面板中使用終端（console）或VNC直接訪問實例。

總之，Horizon具有如下一些特點：　　

• 實例管理：創(chuàng)建、終止實例，查看終端日志，VNC連接，添加卷等
• 訪問與安全管理：創(chuàng)建安全群組，管理密匙對，設(shè)置浮動IP等
• 偏好設(shè)定：對虛擬硬件模板可以進(jìn)行不同偏好設(shè)定
• 鏡像管理：編輯或刪除鏡像
• 查看服務(wù)目錄
• 管理用戶、配額及項目用途
• 用戶管理：創(chuàng)建用戶等
• 卷管理：創(chuàng)建卷和快照
• 對象存儲處理：創(chuàng)建、刪除容器和對象
• 為項目下載環(huán)境變量

  Openstack網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

  

  
  整個OpenStack是由控制節(jié)點，計算節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，存儲節(jié)點四大部分組成。（這四個節(jié)點也可以安裝在一臺機(jī)器上，單機(jī)部署）

其中：
控制節(jié)點負(fù)責(zé)對其余節(jié)點的控制，包含虛擬機(jī)建立，遷移，網(wǎng)絡(luò)分配，存儲分配等等
計算節(jié)點負(fù)責(zé)虛擬機(jī)運行
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點負(fù)責(zé)對外網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)網(wǎng)絡(luò)之間的通信
存儲節(jié)點負(fù)責(zé)對虛擬機(jī)的額外存儲管理等等

### 控制節(jié)點架構(gòu)：

控制節(jié)點包括以下服務(wù)
 - 管理支持服務(wù)
 - 基礎(chǔ)管理服務(wù)
 - 擴(kuò)展管理服務(wù)

  #### 1）管理支持服務(wù)包含MySQL與Qpid兩個服務(wù)

 - MySQL：數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)/擴(kuò)展服務(wù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存放的地方
 - Qpid：消息代理(也稱消息中間件)為其他各種服務(wù)之間提供了統(tǒng)一的消息通信服務(wù)

  ####  2）基礎(chǔ)管理服務(wù)包含Keystone，Glance，Nova，Neutron，Horizon五個服務(wù)

 - Keystone：認(rèn)證管理服務(wù)，提供了其余所有組件的認(rèn)證信息/令牌的管理，創(chuàng)建，修改等等，使用MySQL作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫
 - Glance：鏡像管理服務(wù)，提供了對虛擬機(jī)部署的時候所能提供的鏡像的管理，包含鏡像的導(dǎo)入，格式，以及制作相應(yīng)的模板
 - Nova：計算管理服務(wù)，提供了對計算節(jié)點的Nova的管理，使用Nova-API進(jìn)行通信
 - Neutron：網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)，提供了對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾?，同時提供Neutron在Horizon的管理面板
 - Horizon：控制臺服務(wù)，提供了以Web的形式對所有節(jié)點的所有服務(wù)的管理，通常把該服務(wù)稱為DashBoard

  ####  3）擴(kuò)展管理服務(wù)包含Cinder，Swift，Trove，Heat，Centimeter五個服務(wù)

 - Cinder：提供管理存儲節(jié)點的Cinder相關(guān)，同時提供Cinder在Horizon中的管理面板
 - Swift：提供管理存儲節(jié)點的Swift相關(guān)，同時提供Swift在Horizon中的管理面板
 - Trove：提供管理數(shù)據(jù)庫節(jié)點的Trove相關(guān)，同時提供Trove在Horizon中的管理面板
 - Heat：提供了基于模板來實現(xiàn)云環(huán)境中資源的初始化，依賴關(guān)系處理，部署等基本操作，也可以解決自動收縮,負(fù)載均衡等高級特性。
 - Centimeter：提供對物理資源以及虛擬資源的監(jiān)控，并記錄這些數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在一定條件下觸發(fā)相應(yīng)動作

##### 控制節(jié)點一般來說只需要一個網(wǎng)絡(luò)端口用于通信/管理各個節(jié)點

### 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點架構(gòu)

##### 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點僅包含Neutron服務(wù)

Neutron：負(fù)責(zé)管理私有網(wǎng)段與公有網(wǎng)段的通信，以及管理虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間的通信/拓?fù)?，管理虛擬機(jī)之上的防火等等

##### 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包含三個網(wǎng)絡(luò)端口

 - eth0：用于與控制節(jié)點進(jìn)行通信
 - eth2：用于與除了控制節(jié)點之外的計算/存儲節(jié)點之間的通信
 - eth3：用于外部的虛擬機(jī)與相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)之間的通信

### 計算節(jié)點架構(gòu)

##### 計算節(jié)點包含Nova，Neutron，Telemeter三個服務(wù)

  1）基礎(chǔ)服務(wù)

 - Nova：提供虛擬機(jī)的創(chuàng)建，運行，遷移，快照等各種圍繞虛擬機(jī)的服務(wù)，并提供API與控制節(jié)點對接，由控制節(jié)點下發(fā)任務(wù)
 - Neutron：提供計算節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的通信服務(wù)

  2）擴(kuò)展服務(wù)

 - Telmeter：提供計算節(jié)點的監(jiān)控代理，將虛擬機(jī)的情況反饋給控制節(jié)點，是Centimeter的代理服務(wù)

##### 計算節(jié)點包含最少兩個網(wǎng)絡(luò)端口

 - eth0：與控制節(jié)點進(jìn)行通信，受控制節(jié)點統(tǒng)一調(diào)配
 - eth2：與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，存儲節(jié)點進(jìn)行通信

### 存儲節(jié)點架構(gòu)

##### 存儲節(jié)點包含Cinder，Swift等服務(wù)

 - Cinder：塊存儲服務(wù)，提供相應(yīng)的塊存儲，簡單來說，就是虛擬出一塊磁盤，可以掛載到相應(yīng)的虛擬機(jī)之上，不受文件系統(tǒng)等因素影響，對虛擬機(jī)來說，這個操作就像是新加了一塊硬盤，可以完成對磁盤的任何操作，包括掛載，卸載，格式化，轉(zhuǎn)換文件系統(tǒng)等等操作，大多應(yīng)用于虛擬機(jī)空間不足的情況下的空間擴(kuò)容等等
 - Swift：對象存儲服務(wù)，提供相應(yīng)的對象存儲，簡單來說，就是虛擬出一塊磁盤空間，可以在這個空間當(dāng)中存放文件，也僅僅只能存放文件，不能進(jìn)行格式化，轉(zhuǎn)換文件系統(tǒng)，大多應(yīng)用于云磁盤/文件

##### 存儲節(jié)點包含最少兩個網(wǎng)絡(luò)接口

 - eth0：與控制節(jié)點進(jìn)行通信，接受控制節(jié)點任務(wù)，受控制節(jié)點統(tǒng)一調(diào)配
 - eth2：與計算/網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行通信，完成控制節(jié)點下發(fā)的各類任務(wù)

本文名稱：OpenStack(理論篇)
URL鏈接：http://muchs.cn/article30/gcedpo.html

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