vSphere与OpenStack的集成

jinquan26

【译】vSphere与OpenStack的集成

2013-09-05

原文标题：OPENSTACK COMPUTE FOR VSPHERE ADMINS
原文链接（一共五篇，这里列出第一篇）：http://cloudarchitectmusings.com/2013/06/24/openstack-for-vmware-admins-nova-compute-with-vsphere-part-1/
翻译者：华为云计算工程师 吴江
团队：Huawei OpenStack Team
在与客户交流中，被问到很多关于OpenStack与VMware比较的问题。如何集成如何选择？如果商业用户选择OpenStack，是否意味着他们会废弃vSphere？这里，我来谈下VMware集成到OpenStack的问题。
一、架构描述
VMware之前已经有接入OpenStack的方案。但之前对接ESXi的代码，不是VMware而是Citrix贡献的，有很多功能限制不易维护；现在VMware成为董事后已经主动开始维护了。
我认为Sphere和OpenStack的深度融合，对于那些之前已使用了VMware系统，但现在又想将应用迁移到OpenStack上的用户来说，是非常重要的。
1.1 OpenStack 整体架构
OpenStack采用一种无共享的、基于消息队列的架构，解耦的各模块组合在一起构成了一个统一的IaaS云。架构大家都熟，这里不冗述，需要的请参见这里。

1.2 Nova-Compute
Nova-Compute是Nova中的一个组件，主要负责VM的生命周期管理。与OpenStack中大多数模块相同，Nova也可以部署到单主机或多主机上，各部件的功能这里也不详述，详情参考这里

很多人都直接将OpenStack与vSphere进行对比，但这样是错误的。从架构来看，OpenStack所处的位置实际上是位于hypervisor层之上的。通常说的OpenStack或者准确点说Nova，实际上类同于VMware中vCloud Director（vCD）+ vCloud Automation Center（vAC），而不是ESXi或者vCenter。事实上很重要的一点是，Nova是不包含hypervisor的，它是通过API+Driver来组织/管理多个hypervisor的，例如KVM、ESXi。目前支持的hypervisor，包括KVM、vSphere、Xen等，详细支持列表可以到这里查看。

1.3 vSphere与Nova进行集成
目前OpenStack Nova可通过以下两个驱动来支持vSphere 4.1或更高版本：
- VMwareESXDriver：最早由Citrix提供，后续由VMware更新，允许Nova通过vSphere SDK直接与ESXi主机进行通信。
- VMwareVCDriver：由VMware在Grizzly版本中加入，允许Nova与管理ESXi主机集群的vCenter进行通信。
请注意，本文着眼于Nova，暂不讨论存储与网络相关的内容。
1.4 EXSi与Nova的集成（VMwareESXDriver）

逻辑上看，Nova-Compute服务直接与ESXi主机通信。由于未引入vCenter，因此vMotion、HA、DRS等高级功能都不支持：
- 不像基于内核的hypervisor，VM是跑在ESXi服务器上的，而不是默认的计算节点上。
- 尽管OpenStack已支持多hypervisor，但每一个计算节点仅能支持一种hypervisor。因此，在multi-hypervisor的OpenStack混合云下，对于每一种hypervisor类型就至少要有一个计算节点来对应。
- 当前ESXDriver有限制，每个Nova-Compute服务仅能支持一个ESXi主机。

1.5 EXSi与Nova的集成（VMwareVCDriver）
逻辑上看，OpenStack与vCenter直接通信，VC管理整个ESXi集群，vMotion、HA、DRS也都能用了。但vCenter从Nova-Compute中抽离出了ESXi主机，Nova-Scheduler将整个自管理的集群作为一个独立主机接入——这会导致一些问题，如在多计算节点环境中，如何正确调度/部署这些VM；这点我会在后面介绍到。大致特点如下：

• 不同于基于内核的hypervisor，vSphere需要一个单独的vCenter主机，VM是运行在ESXi主机上而不是计算节点上。
  
• 尽管OpenStack已支持多hypervisor，但一个计算节点同时只能支持一种hypervisor。因此，multi-hypervisor的OpenStack混合云，对于每一种hypervisor类型就至少要有一个计算节点来对应。
  
• VCDriver有限制，每个Nova-Compute服务仅能对应一个vSphere集群。当计算节点作为VM运行在同一集群下时，就具有了HA能力。
  
• VCDriver中每个cluster都要有一个datastore来进行配置和使用.
  

二、Nova-Scheduler & DRS
2.1 vSphere与Nova Compute中的资源调度
上一部分已经给出了vSphere如何集成入OpenStack Nova的概述，在展开阐述之前，我认为有必要先介绍下Nova中的资源调度即Nova-Scheduler，以及vSphere的DRS功能。我会展示DRS与Nova-Scheduler的区别，以及两者如何配合的问题。

• 对于DRS，请直接戳这里；
  
• 对于Nova-Scheduler，这里有一篇非常好的文章。
  

2.2 OpenStack Nova-Scheduler

Nova使用Nova-Scheduler服务来确定VM需要创建到哪个节点上。Nova-Scheduler，同DRS一样，通过一些具体参数、policy、亲和性规则，来自动选择VM初始创建的位置。但是，Nova-Scheduler在VM创建之后，是不会再进行周期性LB+电源管理的。你可以在nova.conf中找到很多配置项。

scheduler_driver=nova.scheduler.multi.MultiScheduler compute_scheduler_driver=nova.scheduler.filter_scheduler.FilterScheduler scheduler_available_filters=nova.scheduler.filters.all_filters scheduler_default_filters=AvailabilityZoneFilter,RamFilter,ComputeFilterleast_cost_functions=nova.scheduler.least_cost.compute_fill_first_cost_fn compute_fill_first_cost_fn_weight=-1.0

这里有两个关键参数：schedule_default_filters和Least_cost_functions(其实这个参数在最新版本里已经被deprecated)，它们反映出在确定主机时FilterScheduler的两个计算过程（还有另两个调度算法分别是Chance Scheduler和Multi Scheduler，但是Filter Scheduler是默认的调度算法并且是适用于绝大多数场景的）。这两个参数一起作用，在创建VM时对整个计算节点下的资源做了负载均衡，和ESXi集群中DRS所使用的Dynamic Entitlements + Resource Allocation Settings 所完成的工作一样。
关于Nova-Scheduler，这里不做过多分析，请参见孔令贤的博客。
2.3 DRS 与 Filter Scheduler
在阐述了Nova如何调度资源后，我们来与DRS做个对比，然后讨论下这两者如何一起工作。注意，这里我不再讨论Nova与单独ESXi主机如何进行调度，因为这和其他hypervisor是一样的。我这里主要说下Nova+VCDriver，如何与vCenter管理的ESXi主机进行配合。

在之前文章中，已经提到了vCenter将ESXi主机与Nova-Compute服务抽离开了，Nova-Scheduler将整个集群当做一个单独的主机，主机的资源由下面ESXi节点共同组成。这会带来影响：
Nova-Scheduler一旦选定了一个vSphere集群后，就不在参与集群中具体的选主机工作了；Nova-Compute只是简单的调用vCenter的API。后续vCenter会根据Dynamic Entitlements和Resource Allocation settings来选择一个具体的ESXi主机，并自动进行LB和DRS，这个过程Nova是不感知的。
在上图示例中，节点1有8GB RAM剩余，而节点2看上去有12G RAM。Nova-Scheduler无法区分节点2上的12GB 加和RAM，是否是真实可用的RAM资源。
因此这里就会存在问题，让我们来分析一下两个应用场景下资源的分配情况。环境采用上例中假设的，并且允许pRAM 50%超分配：
- 用户请求一个10GB RAM的VM。
Nova-Scheduler根据RamFilter，经过筛选后会认为vSphere计算节点是资源充足的，即使每一个ESXi主机上都没有足够的RAM。一旦vSphere被选出来创建VM，则vCenter会根据之前的DRS规则来判断是否有足够的资源。
- 用户请求一个4GB RAM的VM。
Nova-Scheduler根据RamFilter，筛选后会认为这两个节点都满足要求，然后通过权重算法最终倾向于选择RAM更充足的vSphere计算节点来创建。可以看出，当hypervisor/计算节点的RAM资源不充足时，它可能会在创建时被错误的分配到一个cost数值，导致系统变得不再平衡。