OpenStack最新版本Folsom架构解析

妖怪幻

OpenStack最新版本Folsom架构解析
OpenStack的第6版，版本代号为Folsom的最新版于今年九月底正式发布，Folsom将支持下一代软件定义网络(SDN)作为其核心组成部分。Folsom改进了现有代码的可用性和稳定性，包括185个新功能，最主要是虚拟网络方面的功能，而且这也是新成立的OpenStack基金会推出的第一个软件版本。
两年前OpenStack基于NASA的Nova项目和Rackspace的Swift项目合并得以建立，而今OpenStack已经成为云计算领域的一颗新星，继2012年四月发布Essex版本之后，在今年九月底OpenStack第6版Folsom正式发布，本文简要分析了OpenStack Folsom的架构。

1. OpenStack最新的组件
OpenStack目前有7个核心组件：
1) Compute(计算)，
2) Object Storage(对象存储)，
3) Identity(身份认证)，
4) Dashboard(仪表盘)，
5) Block Storage(块存储)，
6) Network(网络)
7) Image Service(镜像服务)
下面将依次进行解释：
①　Compute(代号为“Nova”) 根据需求提供虚拟服务。Rackspace公司和HP提供商业计算服务正是建立在Nova之上，Mercado Libre和NASA（Nova项目的起源地）内部也是使用的Nova。
②　Object Storage(代号为“Swift”) 允许进行存储或者检索文件。目前已经有几好家公司开始提供基于Swift商业存储服务，这些公司包括KT，Rackspace公司（Swift项目的发源地）和Internap，而且很多大公司内部也使用Swift来存储数据。
③　Identity(代号为“Keystone”) 为所有的OpenStack服务提供身份验证和授权。它还提供了一个在特定OpenStack云服务上的服务目录。
④　Dashboard(代号为“Horizon”) 为所有OpenStack的服务提供了一个模块化的web-based用户界面。使用这个Web GUI，可以在云上完成大多数的操作，如启动实例，分配IP地址，设置访问控制等。
⑤　Block Storage(代号为“Cinder”) 提供稳定的数据块存储服务。这个项目的很多代码最初是来自于Nova之中（就是the nova-volume service）。但是请注意，这是块存储（或者volumes），而不是类似于NFS或者CIFS文件系统，Cinder在Folsom中也是一个全新的项目。除了这些核心项目之外，也有一些“孵化”项目，未来可能会考虑列入到OpenStack的核心项目之中。
⑥　Network(代号为“Quantum”) 在接口设备之间提供“网络连接作为一种服务”，而这些接口设备主要靠其他的OpenStack服务进行管理(最有可能是Nova)。该服务允许用户创建自己的网络，然后连接接口。Quantum提供一个可插拔的体系架构，它能支持很多流行的网络供应商和技术，Quantum是Folsom版本中的新项目。
⑦　Image Service(代号为“Glance”) 是一个虚拟机镜像的存储、查询和检索系统，它提供了一个虚拟磁盘映像的目录和存储库，这些磁盘映像常常广泛应用于OpenStack Compute之中，而且这种服务在技术上是属于可选的，任何规模的云都适用于它。
2. 对比AWS的服务
虽然所有的OpenStack服务都具有自己的特色，但是很多人还是希望能看到它与AWS相似的部分，而且Amazon一直也是OpenStack的重要对手。
·Nova在概念上类似于AWS中的EC2服务，不过事实上，它拥有很多种方法可以实现对EC2 API的兼容性。
·Swift在概念上类似于S3服务，不过swift具有很强的扩展性、冗余和持久性。
·Glance提供了很多与Amazon AMI catalog相似的功能。
·Cinder提供类似于EBS块存储服务。
3. 概念架构
OpenStack项目成立的目的是“提供一个大规模的可扩展的云操作系统”。要做到这一点，每一个组成服务的设计都要精心考虑，这样才能打造一个完整的IaaS平台。从概念上，我们可以描绘出各种服务之间的关系：


·Dashboard("Horizon") 提供了一个Web前端到OpenStack其他的服务的界面
·Compute("Nova") 存储和检索虚拟磁盘(images)和Image上相关的元数据(Glance)
·Network("Quantum") 提供虚拟网络
·Block Storage("Cinder") 提供存储。
·Image("Glance") 在对象存储(Swift)上能够完成虚拟磁盘文件的存储
·所有的服务进行身份验证(Keystone)
这是一个程式化的简化版的体系结构视图，而且假定构建者使用所有的OpenStack服务进行最常见的配置操作，不过它也仅仅是显示“操作员”看到的云——并没有显示出云用户具体的使用过程，比如说用户如何进行直接的对象存储。
4. 逻辑架构
正如你能想象到的那样，逻辑结构要比概念架构复杂得多的多(如图所示)。正如任何面向服务的架构图一样，如果想说明所有可能的服务通信组合，图就会迅速“乱成一团”。下面的图，仅仅显示了一个最常见的基于OpenStack的云架构。当然，随着OpenStack支持技术种类的多样化，它并不能代表唯一的架构图。

该图与上述的概念架构图是一致的：
· 最终用户可以通过一个公共的Web界面(Horizon)进行交互或者通过其API直接访问每一项服务
·所有的服务进行身份验证都是通过一个共同的来源(通过Keystone)
·个人服务通过他们公共的API进行交互(除了那些拥有特别权限的地方才需要管理员的命令)
5. 下面的章节中，将会深入到每个服务的架构之中进行说明。
1) Dashboard
Horizon是一个模块化的Django Web应用程序，它为终端用户和系统管理员提供界面来管理OpenStack服务。
和大多数Web应用程序一样，该体系架构是也是非常简单：
·Horizon通常使用Apache上的mod_wsgi进行部署。代码本身被分离成可复用的python模块，通过逻辑（使用不同的OpenStack API进行交互）和presentation（对不同的站点很容易实现定制）实现。
·一个数据库，不过因为它主要依赖于其他的数据服务，所以本身存储的数据非常少。
从网络架构的角度来看，这项服务需要客户的访问而且要能够跟每项服务公共的API进行交互。如果您希望使用的管理员功能（即其他的服务），也需要连接到他们的Admin API端点（这不是客户能随意访问的）。
2) Compute
Nova是OpenStack中最复杂的分布式组件，它通过大量的进程合作，将最终用户的API请求发送到正在运行的虚拟机之上。以下是这些进程的列表及其功能的描述：
·nova-api：接受和响应最终用户Compute API的请求。它支持OpenStack Compute API，Amazon EC2 API和一个特殊的Admin API。它还引发多数业务流程的活动(如运行一个实例)，并实施一些政策(主要是配额检查)。
·nova-compute：主要是一个人工守护进程，它可以通过虚拟机管理程序的API（XenAPI for XenServer/XCP, libvirt for KVM or QEMU, VMwareAPI for VMware等）来创建和终止虚拟机实例。虽然通过该进程做的事情是相当的复杂，但是它的基础原理却是非常的简单：接收队列中的动作，然后执行一系列的系统命令(如启动KVM实例)，同时更新数据库中的状态。
·nova-volume：给虚拟机分配额外持久化的存储，管理持久卷到计算实例的创建，连接和分离。一个新的OpenStack项目，Cinder，将最终替代nova-volume功能。在发布的Folsom版本中，nova-volume和Block Storage service(块存储服务)有类似的功能。
· nova-network：该人工守护进程与nova-compute和nova-volume非常相似。它接受队列中的网络任务，然后执行任务操纵网络（如设立桥接接口或更改iptables规则）。不过该项功能被移植到Quantum之中，已经成为一个独立的OpenStack服务。
· nova-schedule：从概念上说是OpenStack Nova中最简单的一段代码：从队列上得到一个虚拟机实例请求并且决定它应该在哪里运行(特别是它应该运行在哪台计算服务器主机之上)
·queue：提供了一个守护进程之间传递消息的中央枢纽。当前由RabbitMQ实现，理论上可以是Python的ampqlib支持的任何AMPQ消息队列。新的Folsom版本支持Zero MQ。
·SQL database：存储云基础设施的编译时和运行时的状态。这包括可用的实例类型，在使用中的实例，可用的网络和项目。从理论上讲，OpenStack Nova可以支持任何SQL-Alchemy支持的数据库，但是目前被广泛使用的数据库仅仅有sqlite3（只适用于测试和开发工作），MySQL和PostgreSQL。
·Nova还提供控制台的服务，让最终用户通过代理服务器访问他们的虚拟实例的控制台。这涉及到多个守护进程(nova-console，nova-vncproxy和nova-consoleauth)。
3) Object Store
Swift结构是分布式的，这样既可以防止任何单一的节点上出问题，又可以进行横向的扩展。它包含的组件有：
Prox server：它负责接受由OpenStack Object API传入的请requests或者直接就接受HTTP requests。接受的请求有文件上传，修改元数据和创建container单元。此外还为浏览器提供文件和continer的列表。通常我们会使用一个可选的缓存来提高它的性能。
·Account servers：它们负责管理由object存储服务创建的账户。
·Container servers：它们负责管理object存储服务里面containers（也就是文件夹）映射。
·Object servers：它们负责管理storage节点上的真正的objects。（也就是文件）
在服务器上通常有许多用来执行日常任务的周期性进程。其中最重要的就是replication services，它通过集群保证了一致性和可以用性。其他的一些周期进程有：auditors,updaters和reapers。
Object store也通过HTTP为静态页面和对象服务。实时上，本文的那张图片就是来自Rackspace Cloud的Switf service。
4) Image Store
自从Cactus版本发布以后，Glance结构相对来说比较稳定。最大的结构变化大概就是在Diablo版本加入了身份验证。让我们快速浏览下Glacnce的四个主要部分：
glance-api：她接受Image API的发现镜像，检索镜像和存储镜像的请求。
glance-registry：她存储，处理和检索元镜像元数据。（像大小，类型等）
一个存储镜像元数据的数据库。像Nova一样，你可以根据你的需求参数选择你的数据库。（但大部分人都选择MySQL或者SQlite）
一个存贮实际镜像文件的镜像库。在上面的镜像中，Swift被当作了镜像库，而且这是可以配置的。除了Swift，Glance支持普通的文件系统，RADOS块设备，Amazon S3和HTTP。需要清楚的一点儿是这些选择中的一部分是有只读限制的。
就像你在上面的概念结构图部分看到的一样，Glance在所有IaaS镜像服务中是个核心角色。她接受来自终端用户或者Nova组件的镜像（或者镜像元数据）的API requests，并且她可以把她的文件存在object storage service（Swift）中。
5) Identity
Keystone把OpenStack policy,catalog,token和authentication等功能集成于一身。不仅处理API requests，同时也提供可以配置的catalog，policy，token和identity服务。
每一个Keystone功能都有一个允许用不同方式使用它的独特服务的插件化后台。大部分功能都支持标准的后台，比如LDAP，SQL和Key Value Stores等。
6) Network
Quantum在其他OpenStack服务管理的接口设备之间提供网络连接服务。她首先允许用户创建他们自己的网络，然后给他们提供接口。和其他的OpenStack服务一样，Quantum使用了插件化结构，这使得他可以被详细配置。这些插件使用了不同的网络设备和软件。这样，结构和部署就非常的灵活了。在上面的结构中，使用了一个非常简单了Linux网络。
·quantum-server：接受API requests然后把他们转发到合适的quantum插件去执行。
·quantum 插件和代理执行插件的添加或者卸载，创建网络或者子网和IP地址分配等实际操作。这些插件和代理在特定的云服务里面依赖不同公司和使用不同的技术。Quantum装载了的插件和代理有：Cisco的虚拟的和物理的交换机，Nicira的NVP产品，NECO的OpenFlow产品，Open vSwitch，Linux的bridging和Rye的网络操作系统。Midokua也为Quantum集成服务提供了一款插件。Quantum中普通的代理有L3，DHCP和定制的代理插件。
· 大部分的Quantum设备都通过一个消息队列来转发在quantum-server和各种代理之间的信息，也有一个用来存储每个插件自己的网络状态的数据库。Quantum主要和Nova进行交互，Nova为他的实例提供网络和链接。
7) Block Storage
Cinder 将之前在OpenStack Compute中的部分持久性块存储功能分离了出来，集成到了自己的服务中。OpenStack块存储API允许对卷，卷的类型，卷的快照进行处理。
·cinder-api 接受API requests并且将他们转发到cinder-volume去执行。
·cinder-volume处理cinder数据库的维护状态的读写请求，通过消息队列和直接在块存储设备或软件上与其他进程交互。
·和nova-scheduler非常相似，后台进程cinder-scheduler会选择在最优的块存储提供节点上去创建卷。
·Cinder deployments也使用消息队列去转发cinder进程之间的消息并且使用一个数据库来存储这些卷的状态信息。和Quantum类似，Cinder主要和Noa交互，为她提供她的卷需要的实例。

参考文献
http://www.iyunv.com/article/2012-10-15/2810743-OpenStack-Folsom
http://www.iyunv.com/article/2012-11-09/2811705
http://ken.pepple.info/openstack/2012/09/25/openstack-folsom-architecture/