Openstack的Metadata的作用

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不管理是私有云与公有云，特别是公有云，在创建虚拟机时，用户需要对虚拟机进行配置，比如：主机名（hostname）、密钥、服务等，在 OpenStack 中，这些配置信息被分成两类：metadata 和 user data。Metadata 主要包括虚拟机自身的一些常用属性，如 hostname、网络配置信息、SSH 登陆秘钥等，主要的形式为键值对。而 user data 主要包括一些命令、脚本等。User data 通过文件传递，并支持多种文件格式，包括 gzip 压缩文件、shell 脚本、cloud-init 配置文件等。虽然 metadata 和 user data 并不相同，但是 OpenStack 向虚拟机提供这两种信息的机制是一致的，只是虚拟机在获取到信息后，对两者的处理方式不同罢了。所以下文统一用 matadata 来描述。
一.user data机制：
1）在定制脚本源的下拉列表中，可以选择直接输入或可执行脚本文件，此例是对Ubuntu的镜像在加载为操作系统时把Ubuntu默认用户的密码修改为ubuntu，可作为在没有办法使用SSH带上Key连接此虚拟主机时，使用Console的方式操作虚拟主机场景

2）如Centos或redhat，可以直接使用root用户，设置密码：


二.Metadata机制
在 OpenStack 中，虚拟机获取 Metadata 信息的方式有两种：Config drive 和 metadata RESTful 服务。下面我们只对Metadata介绍与分析。
Metadata RESTful 服务

[size=1.166em]OpenStack 提供了 RESTful 接口，虚拟机可以通过 REST API 来获取 metadata 信息。提供该服务的组件为：nova-api-metadata。当然，要完成从虚拟机至网络节点的请求发送和相应，只有 nova-api-metadata 服务是不够的，此外共同完成这项任务的服务还有：Neutron-metadata-agent 和 Neutron-ns-metadata-proxy。下面我们将剖析它们是如何协同工作为虚拟机提供 metadata 服务的。

[size=1.166em]Neutron-metadata-agent

[size=1.166em]Neutron-metadata-agent 运行在网络节点，负责将接收到的获取 metadata 的请求转发给 nova-api-metadata。Neutron-metadata-agent 会获取虚拟机和租户的 ID，添加到请求的 HTTP 头部中。nova-api-metadata 会根据这些信息获取 metadata。

[size=1.166em]Nova-api-metadata

[size=1.166em]nova-api-metadata 启动了 RESTful 服务，负责处理虚拟机发送来的 REST API 请求。从请求的 HTTP 头部中取出相应的信息，获得虚拟机的 ID，继而从数据库中读取虚拟机的 metadata 信息，最后将结果返回。

[size=1.166em]Neutron-ns-metadata-proxy

[size=1.166em]Neutron-ns-metadata-proxy 也运行在网络节点。为了解决网络节点的网段和租户的虚拟网段重复的问题，OpenStack 引入了网络命名空间。Neutron 中的路由和 DHCP 服务器都在各自独立的命名空间中。由于虚拟机获取 metadata 的请求都是以路由和 DHCP 服务器作为网络出口，所以需要通过 neutron-ns-metadata-proxy 联通不同的网络命名空间，将请求在网络命名空间之间转发。Neutron-ns-metadata-proxy 利用在 unix domain socket 之上的 HTTP 技术，实现了不同网络命名空间之间的 HTTP 请求转发。并在请求头中添加’X-Neutron-Router-ID’和’X-Neutron-Network-ID’信息，以便 Neutron-metadata-agent 来辨别发送请求的虚拟机，获取虚拟机的 ID。

图 3.Metadata 请求发送流程

[size=1.166em]如图 3 所示，虚拟机获取 metadata 的大致流程为：首先请求被发送至 neutron-ns-metadata-proxy，此时会在请求中添加 router-id 和 network-id，然后请求通过 unix domian socket 被转发给 neutron-metadata-agent，根据请求中的 router-id、network-id 和 IP，获取 port 信息，从而拿到 instance-id 和 tenant-id 加入请求中，最后请求被转发给 nova-api-metadata，其利用 instance-id 和 tenant-id 获取虚拟机的 metadata，返回相应。

[size=1.166em]上面我们分析了各个服务之间转发请求的流程，那么现在只存在一个问题，整个获取 metadata 的路线就通畅了：虚拟机如何将请求发送至 neutron-ns-metadata-proxy？

[size=1.166em]我们首先来分析虚拟机发送的请求。由于 metadata 最早是由亚马逊提出的，当时规定 metadata 服务的地址为 169.254.169.254:80，OpenStack 沿用了这一规定。所以虚拟机会向 169.254.169.254:80 发送 medtadata 请求。那么这一请求是如何从虚拟机中发送出来的呢？目前 Neutron 有两种方式来解决这个问题：通过 router 发送请求和通过 DHCP 发送请求。

[size=1.166em]通过 router 发送请求

[size=1.166em]如果虚拟机所在 subnet 连接在了 router 上，那么发向 169.254.169.254 的报文会被发至 router。如图 4 所示，Neutron 通过在 router 所在网络命名空间添加 iptables 规则，将该报文转发至 9697 端口，而 neutron-ns-metadata-proxy 监听着该端口，所以报文被 neutron-ns-metadata-proxy 获取，进入上述后续处理和转发流程。

图4.router 所在网络命名空间的 iptables 规则


图 5.监听在 9697 端口上的 Neutron-ns-metadata-proxy 服务
上图圈红圈的是在单独一个网络命名空间查看，下面可以看到有三个网络命名空间，与图4的qrouter相同


通过 DHCP 发送请求

[size=1.166em]如果虚拟机所在 subnet 没有连接在任何 router 上，那么请求则无法通过 router 转发。此时 Neutron 通过 DHCP 服务器来转发 metadata 请求。DHCP 服务通过 DHCP 协议的选项 121 来为虚拟机设置静态路由。如图 6 所示，图中 10.0.0.3 为 DHCP 服务器的 IP 地址。通过查看虚拟机的静态路由表，我们可以发现发送至 169.254.169.254 的报文被发送到了 10.0.0.3，即 DHCP 服务器。

图 6.虚拟机中的静态路由表

[size=1.166em]另外再查看 DHCP 服务器的 IP 配置信息，发现 DHCP 服务器配置了两个 IP，其中一个就是 169.254.169.254。与 router 类似的，Neutron 在 DHCP 网络命名空间中启动了监听 80 端口的 neutron-ns-metadata-proxy 服务，从而进入处理和转发请求的流程。

图 7.DHCP 服务器的 IP 配置

[size=1.166em]图8.检查Metadata的服务是否正常

[size=1.166em] 此图表示正常

[size=1.166em]总结：要保证虚拟主机与Metadata服务正常通讯，首先镜像需要安装cloud-init,当然各个服务也正常了，经常会出现l连接不上metadata服务，通常虚拟主机的端口不正常，这时可以使用重建来排除故障，上图的metadata-dhcp的主机名就是在创建虚拟主机时定义，还有key生效都必须保证cloud-init的存在，如图：

[size=1.166em]

可参考网址：http://www.ibm.com/developerwork ... tackmeta/index.html