OpenStack(理论篇)

OpenStack基础理论

云计算概述

概念

• 狭义的云计算是指IT基础设施的交付和使用模式
• 广义的云计算是指服务的交付和使用模式

  云资源

• 网络资源
• 存储资源
• 服务器资源

  云计算服务模型

  IaaS（基础架构即服务）

• 提供底层IT基础设施服务，包括处理能力、存储空间、网络资源等
• 通常面向对象是IT管理人员

  PaaS（平台即服务）

• 把安装好开发环境的 系统平台做为一种服务经过互联网提供给用户
• 通常面向对象是开发人员

  SaaS（软件即服务）

• 直接经过互联网为用户提供软件和应用程序的服务
• 通常面向的对象是普通用户

  OpenStack概述

• 一款云计算模型中的一个项目
• NASA和Rackspace合做研发并发起
• 以Apache许可证受权的自由软件和开放式源代码项目
• 旨在为公共及私有云的建设与管理提供软件的开源项目
• 覆盖了网络、虚拟化、操做系统、服务器等各个方面

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OpenStack服务框架

服务	项目名称	描述
Compute （计算服务）	Nove	负责实例生命周期的管理，计算资源的单位。对Hypervisor进行屏蔽，支持多种虚拟化技术（红帽默认为KVM），支持横向扩展
Network（网络服务）	Neutron	负责虚拟网络的管理，为实例建立网络的拓扑结构。是面向租户的网络管理，能够本身定义本身的网络，各个租户之间互不影响
Identity（身份认证服务）	Keystone	相似于LDAP服务，对用户、租户和角色、服务进行认证与受权，且支持多认证机制
Dashboard(控制面板服务)	Horizon	提供一个WEB管理界面，与OpenStack底层服务进行交互
Image Service （镜像服务）	Glance	提供虚拟机镜像模板的注册和管理，将作好的操做系统拷贝为镜像模板，在建立虚拟机时直接使用，可支持多格式的镜像
Block Storage（块存储服务）	Cinder	负责为运行实例提供持久的快存储设备，可进行方便的扩展，按需付费，支持多种后端存储
Object Storage（对象存储服务）	Swift	为OpenStack提供基础云的弹性存储，支持集群无单点故障
Telemetry（计量服务）	Ceilometer	用于度量、监控和控制数据资源的集中来源，

OpenStack重要组件介绍

OpenStack认证服务（Keystone）

Keystone为全部的OpenStack组件提供认证和访问策略服务，它依赖自身REST（基于Identity API）系统进行工做，主要对（但不限于）Swift、Glance、Nova等进行认证与受权。事实上，受权经过对动做消息来源者请求的合法性进行鉴定。下图显示了身份认证服务流程图：

Keystone采用两种受权方式，一种基于用户名/密码，另外一种基于令牌（Token）。

除此以外，Keystone提供如下三种服务：
令牌服务：含有受权用户的受权信息
目录服务：含有用户合法操做的可用服务列表
策略服务：利用Keystone具体指定用户或群组某些访问权限

keystone认证服务注意事项：

• 服务入口：如Nova、Swift和Glance同样每一个OpenStack服务都拥有一个指定的端口和专属的URL，咱们称其为入口（endpoints）。
• 区位：在某个数据中心，一个区位具体指定了一处物理位置。在典型的云架构中，若是不是全部的服务都访问分布式数据中心或服务器的话，则也称其为区位。
• 用户：Keystone受权使用者
  　　PS：表明一个个体，OpenStack以用户的形式来受权服务给它们。用户拥有证书（credentials），且可能分配给一个或多个租户。通过验证后，会为每一个单独的租户提供一个特定的令牌。

• 服务：整体而言，任何经过Keystone进行链接或管理的组件都被称为服务。举个例子，咱们能够称Glance为Keystone的服务。

• 角色：为了维护安全限定，就云内特定用户可执行的操做而言，该用户关联的角色是很是重要的。
  　　PS：一个角色是应用于某个租户的使用权限集合，以容许某个指定用户访问或使用特定操做。角色是使用权限的逻辑分组，它使得通用的权限能够简单地分组并绑定到与某个指定租户相关的用户。

• 租间：租间指的是具备所有服务入口并配有特定成员角色的一个项目。
  　　PS：一个租间映射到一个Nova的“project-id”，在对象存储中，一个租间能够有多个容器。根据不一样的安装方式，一个租间能够表明一个客户、账号、组织或项目。

  OpenStack计算设施----Nova

  Nova是OpenStack计算的弹性控制器。OpenStack云实例生命期所需的各类动做都将由Nova进行处理和支撑，这就意味着Nova以管理平台的身份登场，负责管理整个云的计算资源、网络、受权及测度。虽然Nova自己并不提供任何虚拟能力，可是它将使用libvirt API与虚拟机的宿主机进行交互。Nova经过Web服务API来对外提供处理接口，并且这些接口与Amazon的Web服务接口是兼容的。

功能及特色：　

• 实例生命周期管理
• 计算资源管理
• 网络与受权管理
• 基于REST的API
• 异步连续通讯
• 支持各类宿主：Xen、XenServer/XCP、KVM、UML、VMware vSphere及Hyper-V

  Nova弹性云（OpenStack计算部件）包含如下主要部分：

• API Server（nova-api）
• 消息队列（rabbit-mq server）
• 运算工做站（nova-compute）
• 网络控制器（nova-network）
• 卷管理（nova-volume）
• 调度器（nova-scheduler）

解释以下：

1）API服务器（nova-api）

API服务器提供了云设施与外界交互的接口，它是外界用户对云实施管理的惟一通道。经过使用web服务来调用各类EC2的API，接着API服务器便经过消息队列把请求送达至云内目标设施进行处理。做为对EC2-api的替代，用户也可使用OpenStack的原生API，咱们把它叫作“OpenStack API”。

2）消息队列（Rabbit MQ Server）

OpenStack内部在遵循AMQP（高级消息队列协议）的基础上采用消息队列进行通讯。Nova对请求应答进行异步调用，当请求接收后便则当即触发一个回调。因为使用了异步通讯，不会有用户的动做被长置于等待状态。例如，启动一个实例或上传一份镜像的过程较为耗时，API调用就将等待返回结果而不影响其它操做，在此异步通讯起到了很大做用，使整个系统变得更加高效。

3）调度器（nova-scheduler）　　

调度器负责把nova-API调用送达给目标。调度器以名为“nova-schedule”的守护进程方式运行，并根据调度算法从可用资源池中恰当地选择运算服务器。有不少因素均可以影响调度结果，好比负载、内存、子节点的远近、CPU架构等等。强大的是nova调度器采用的是可插入式架构。
目前nova调度器使用了几种基本的调度算法：

• 随机化：主机随机选择可用节点；
• 可用化：与随机类似，只是随机选择的范围被指定；
• 简单化：应用这种方式，主机选择负载最小者来运行实例。负载数据能够从别处得到，如负载均衡服务器。

4）运算工做站（nova-compute）

运算工做站的主要任务是管理实例的整个生命周期。他们经过消息队列接收请求并执行，从而对实例进行各类操做。在典型实际生产环境下，会架设许多运算工做站，根据调度算法，一个实例能够在可用的任意一台运算工做站上部署。

5）网络控制器（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，设定安全群组以及为计算节点配置网络。

6）卷工做站（nova-volume）　

卷工做站管理基于LVM的 实例卷，它可以为一个实例建立、删除、附加卷，也能够从一个实例中分离卷。卷管理为什么如此重要？由于它提供了一种保持实例持续存储的手段，好比当结束一个 实例后，根分区若是是非持续化的，那么对其的任何改变都将丢失。但是，若是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，即便实例被关闭，数据 仍然保存其中。这些数据能够经过将卷附加到原实例或其余实例的方式而从新访问。

所以，为了往后访问，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，尤其重要

OpenStack镜像服务器----Glance

OpenStack镜像服务器是一套虚拟机镜像发现、注册、检索系统，咱们能够将镜像存储到如下任意一种存储中：

• 本地文件系统（默认）
• S3直接存储
• S3对象存储（做为S3访问的中间渠道）
• OpenStack对象存储等等。　

  功能及特色：

• 提供镜像相关服务。

Glance构件：

• 1）Glance-API：
  　 主要负责接收响应镜像管理命令的Restful请求，分析消息请求信息并分发其所带的命令（如新增，删除，更新等）。默认绑定端口是9292。
  • 2）Glance-Registry：
    　　主要负责接收响应镜像元数据命令的Restful请求。分析消息请求信息并分发其所带的命令（如获取元数据，更新元数据等）。默认绑定的端口是9191。

OpenStack存储设施----Swift

Swift为OpenStack提供一种分布式、持续虚拟对象存储，它相似于Amazon Web Service的S3简单存储服务。Swift具备跨节点百级对象的存储能力。Swift内建冗余和失效备援管理，也可以处理归档和媒体流，特别是对大数据（千兆字节）和大容量（多对象数量）的测度很是高效。

swift功能及特色：　　

• 海量对象存储
• 大文件（对象）存储
• 数据冗余管理
• 归档能力-----处理大数据集
• 为虚拟机和云应用提供数据容器
• 处理流媒体
• 对象安全存储
• 备份与归档
• 良好的可伸缩性

Swift组件

• Swift帐户
• Swift容器
• Swift对象
• Swift代理
• Swift RING
  　　

  Swift代理服务器　　

  用户都是经过Swift-API与代理服务器进行交互，代理服务器正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。
  此外，代理服务器也同时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

对象服务器是一种二进制存储，它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，具备扩展文件属性的元数据（xattr）。

注意：xattr格式被Linux中的ext3/4，XFS，Btrfs，JFS和ReiserFS所支持，可是并无有效测试证实在XFS，JFS，ReiserFS，Reiser4和ZFS下也一样能运行良好。不过，XFS被认为是当前最好的选择。

Swift容器服务器

容器服务器将列出一个容器中的全部对象，默认对象列表将存储为SQLite文件（译者注：也能够修改成MySQL，安装中就是以MySQL为例）。容器服务器也会统计容器中包含的对象数量及容器的存储空间耗费。

Swift帐户服务器

帐户服务器与容器服务器相似，将列出容器中的对象。

Ring（索引环）

Ring容器记录着Swift中物理存储对象的位置信息，它是真实物理存储位置的实体名的虚拟映射，相似于查找及定位不一样集群的实体真实物理位置的索引服务。这里所谓的实体指帐户、容器、对象，它们都拥有属于本身的不一样的Rings。

OpenStack管理的Web接口----Horizon

Horizon是一个用以管理、控制OpenStack服务的Web控制面板，它能够管理实例、镜像、建立密匙对，对实例添加卷、操做Swift容器等。除此以外，用户还能够在控制面板中使用终端（console）或VNC直接访问实例。

总之，Horizon具备以下一些特色：　　

• 实例管理：建立、终止实例，查看终端日志，VNC链接，添加卷等
• 访问与安全管理：建立安全群组，管理密匙对，设置浮动IP等
• 偏好设定：对虚拟硬件模板能够进行不一样偏好设定
• 镜像管理：编辑或删除镜像
• 查看服务目录
• 管理用户、配额及项目用途
• 用户管理：建立用户等
• 卷管理：建立卷和快照
• 对象存储处理：建立、删除容器和对象
• 为项目下载环境变量

  Openstack网络结构图

  整个OpenStack是由控制节点，计算节点，网络节点，存储节点四大部分组成。（这四个节点也能够安装在一台机器上，单机部署）

其中：
控制节点负责对其他节点的控制，包含虚拟机创建，迁移，网络分配，存储分配等等
计算节点负责虚拟机运行
网络节点负责对外网络与内网络之间的通讯
存储节点负责对虚拟机的额外存储管理等等

### 控制节点架构：

控制节点包括如下服务
 - 管理支持服务
 - 基础管理服务
 - 扩展管理服务

  #### 1）管理支持服务包含MySQL与Qpid两个服务

 - MySQL：数据库做为基础/扩展服务产生的数据存放的地方
 - Qpid：消息代理(也称消息中间件)为其余各类服务之间提供了统一的消息通讯服务

  ####  2）基础管理服务包含Keystone，Glance，Nova，Neutron，Horizon五个服务

 - Keystone：认证管理服务，提供了其他全部组件的认证信息/令牌的管理，建立，修改等等，使用MySQL做为统一的数据库
 - Glance：镜像管理服务，提供了对虚拟机部署的时候所能提供的镜像的管理，包含镜像的导入，格式，以及制做相应的模板
 - Nova：计算管理服务，提供了对计算节点的Nova的管理，使用Nova-API进行通讯
 - Neutron：网络管理服务，提供了对网络节点的网络拓扑管理，同时提供Neutron在Horizon的管理面板
 - Horizon：控制台服务，提供了以Web的形式对全部节点的全部服务的管理，一般把该服务称为DashBoard

  ####  3）扩展管理服务包含Cinder，Swift，Trove，Heat，Centimeter五个服务

 - Cinder：提供管理存储节点的Cinder相关，同时提供Cinder在Horizon中的管理面板
 - Swift：提供管理存储节点的Swift相关，同时提供Swift在Horizon中的管理面板
 - Trove：提供管理数据库节点的Trove相关，同时提供Trove在Horizon中的管理面板
 - Heat：提供了基于模板来实现云环境中资源的初始化，依赖关系处理，部署等基本操做，也能够解决自动收缩,负载均衡等高级特性。
 - Centimeter：提供对物理资源以及虚拟资源的监控，并记录这些数据，对该数据进行分析，在必定条件下触发相应动做

##### 控制节点通常来讲只须要一个网络端口用于通讯/管理各个节点

### 网络节点架构

##### 网络节点仅包含Neutron服务

Neutron：负责管理私有网段与公有网段的通讯，以及管理虚拟机网络之间的通讯/拓扑，管理虚拟机之上的防火等等

##### 网络节点包含三个网络端口

 - eth0：用于与控制节点进行通讯
 - eth1：用于与除了控制节点以外的计算/存储节点之间的通讯
 - eth2：用于外部的虚拟机与相应网络之间的通讯

### 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：提供虚拟机的建立，运行，迁移，快照等各类围绕虚拟机的服务，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讯服务

  2）扩展服务

 - Telmeter：提供计算节点的监控代理，将虚拟机的状况反馈给控制节点，是Centimeter的代理服务

##### 计算节点包含最少两个网络端口

 - eth0：与控制节点进行通讯，受控制节点统一调配
 - eth1：与网络节点，存储节点进行通讯

### 存储节点架构

##### 存储节点包含Cinder，Swift等服务

 - Cinder：块存储服务，提供相应的块存储，简单来讲，就是虚拟出一块磁盘，能够挂载到相应的虚拟机之上，不受文件系统等因素影响，对虚拟机来讲，这个操做就像是新加了一块硬盘，能够完成对磁盘的任何操做，包括挂载，卸载，格式化，转换文件系统等等操做，大多应用于虚拟机空间不足的状况下的空间扩容等等
 - Swift：对象存储服务，提供相应的对象存储，简单来讲，就是虚拟出一块磁盘空间，能够在这个空间当中存放文件，也仅仅只能存放文件，不能进行格式化，转换文件系统，大多应用于云磁盘/文件

##### 存储节点包含最少两个网络接口

 - eth0：与控制节点进行通讯，接受控制节点任务，受控制节点统一调配
 - eth1：与计算/网络节点进行通讯，完成控制节点下发的各种任务