OpenStack 从入门到放弃

2019-01-04 , 7 浏览 , 1 评论

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OpenStack从入门到放弃

一. 为何选择云计算/云计算之前遇到的问题
二. 什么是云计算
三. 云服务模式
四. 云应用形式
五. 传统应用与云感知应用
六. openstack与及其相关组件介绍
七. 网络模式flat/vlan/gre/vxlan介绍
八. 分布式存储ceph介绍(未注明)
九. openstack mitaka三节点部署实战(未注明)

一. 为何选择云计算/云计算之前遇到的问题

1. 有效解决硬件单点故障问题

单点故障是指某个硬件的故障造成网站某个服务的中断。要真正解决这个问题，需要为每个硬件准备冗余，这不仅大大增加了硬件购置成本，而且部署与维护成本也不容小视。

而云计算平台是基于服务器集群，从设计之初就考虑了单点故障问题，并在建设时有效地解决了这个问题。如果一家云服务商出现单点故障问题，就如同存在银行的钱丢了。

2. 按需增/减硬件资源

自己托管服务器，增/减硬件一直是头疼的问题。

1） 增加服务器的时候，购买服务器需要时间，而且这个时间自己无法控制。而使用云服务器，随时可以增加服务器——垂手可得。

2）减服务器只能从机房拉回办公室，无法再把服务器退给厂商，购置服务器的成本就浪费了。而使用云服务器，如果下个月不用，不续费就行了（针对阿里云按月购买的情况）——想用就用，想扔就扔。

3）不能按需增加满足基本需求的服务器配置。假如我们现在需要一台低配置的服务器用Linux跑缓存服务，如果为之单独购买一台便宜的低配置的服务器很不合算，因为这台服务器仅仅一年的电费就至少要3000元左右。所以只能尽量减少服务器数量，提高单台服务器的配置，在让一台服务器跑更多东西。而使用云服务器，需要什么样的配置就买什么样的配置，让各个服务器的职责更单一，互相之间的影响更小——职责分明，效率更高。

3. BGP线路解决南北互通问题

南北互通问题是南方电信与北方联通线路之间的互通问题，这个问题困扰我们多年，之前用过双线机房，解决的也不是很好。目前只有BGP线路才能有效解决这个问题，而拥有真正的BGP线路的机房不是很多，成本也非常高。而我准备使用的阿里云用的就是BGP线路，这也是吸引我们的主要地方之一。

究竟什么是南北互通问题？基于我们的理解简体描述一下，不对之处欢迎指出。南北互通问题实际就是路由问题。假设我们的服务器放在上海电信的机房，上海一位联通的用户访问我们的服务器，要先绕到联通的北京总出口（假设总出口在北京），然后再绕回上海。实际上这位联通用户可以通过上海的线路直接到达我们的服务器，不用绕这么远，但上海电信的机房无法告知联通的路由器走近路过来，只能按照联通路由器设定好的路由走。本来即使走北京绕一下也没有大的影响，毕竟是光的速度，但是由于大多数联通的用户访问电信网络都这么绕着走，联通的总出口成为了瓶颈，总出口流量太大时，联通的用户访问电信的网络速度就会慢。BGP线路也没什么神奇之处，只是它能决定走什么路由过来，不绕远路，问题自然解决了。它有这样的特权，就不仅能解决南北互通的问题，而且能解决其他网络的互通问题，比如教育网。因为有权限决定路由，就可以优化路由，哪条路堵，我就换条路。

4、按需增/减带宽

带宽是主要成本，托管服务器时，与ISP服务商签一年合同之前就要确定带宽。用了一段时间之后，你发现带宽买多了，想减一些是不允许的。中途要临时增加带宽一段时间也是不行的，要买就买一年（这是根据我们接触过的ISP服务商）。所以，一般都会多买一些带宽，留一些余量。

使用云服务器可以灵活地增减带宽，不会浪费带宽，即使买少了也不用担心，随时可以增加。虽然各个云服务商会有一定的限制，比如在阿里云一次至少要购买1个月的带宽，但比自己托管服务器灵活很多，同样的带宽条件，会节省不少成本，尤其是带宽需求在一年中变化比较大的网站。

5. 更有吸引力的费用支付方式

在IDC机房托管服务器一般是签一年合同，一次支付一个季度的费用。

而使用云服务，一次可以支付更短时间的费用，比如阿里云可以一次只支付一个月的费用，节约了流动资金。

从总体上考虑，差不多的成本，却拥有更多的内存、更多的CPU、更多的硬盘空间、更优质的带宽线路，更重要的是可以随时按需扩展计算资源。

二. 什么是云计算（资源和服务的交互方式）

1. 概念分解：

云：云计算中的云,代表循环利用的意思(云多了变成雨，落到地面，云减少，水蒸发到空中，云增加)。

计算：云计算中的计算,代表计算资源，涵盖虚机、存储、网络等。

云计算：代表计算资源向云水循环一样，按需分配，循环利用。

附：企业数据中心部署在云计算分布式平台上,类似于从原来单台发电机转向电厂集中供电模式,它意味着访问计算机和存储系统也可以作为一种商品流通,就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉，只不过它是通过互联网传输的,云就是互联网的一种比喻

2. 云计算分类：

狭义：IT基础设施的交互和使用模式，通过网络以按需，易扩展的方式获取资源

广义：服务（IT基础设施、软件等）的交互和使用模式，通过网络以按需、易扩展的方式获取资源。

三. 云服务模式

1. IaaS：基础设施即服务

用户通过网络获取虚机、存储、网络，然后用户根据自己的需求操作获取的资源。典型应用：亚马逊AWS等

2. PaaS：平台即服务

将软件研发平台作为一种服务，如Eclipse/Java编程平台，服务商提供编程接口/运行平台等。典型应用：Google AppEngine、Force.com、微软Azure等

3. SaaS：软件即服务

将软件作为一种服务通过网络提供给用户，如web的电子邮件、HR系统、订单管理系统、客户关系系统等。用户无需购买软件，而是向提供商租用基于web的软件，来管理企业经营活动。典型应用：Google Doc、Saleforce.com、Oracle CRM On Demand、Office Live Workspace等

四. 云应用形式

1. 私有云

将基础设施与软硬件资源构建于防火墙内，基于iaas构建私有云平台供企业内部使用，开源组件有：openstack（最为出色），cloudstack等

2. 云存储

云存储系统是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统

3. 云游戏

游戏运行云平台服务端，云平台将游戏画面解压缩后传给用户，用户端无需高配置处理器和显卡，只需要基本的视频解压缩能力即可。

4. 云物联

基于云平台实现物物相连的互联网。

5. 云安全

通过网状的大量客户端检测网络中软件的异常,获取木马，恶意程序的最新信息，推送到云平台服务端自动分析和处理，再把解决方案发送给每一个客户端。云平台使用者越多，越安全。

6. 公有云

云平台对外开放，主要以Iaas和Paas为主，较为成熟的是Iaas，如阿里云，腾讯云，青云，ucloud，首都在线等

7. 混合云

公有云和私有云的结合，即对企业内部又对企业外部，例如AWS

五. 传统应用与云感知应用

1. 传统应用

传统应用像养宠物，宠物病了要细心呵护
每个应用都是独特的、专门的
专门的服务器、硬件和软件保证可靠性
资源不够，增加cpu、内存、磁盘
专门的技术支持

2. 云感知应用

云感知应用像养牛，牛生病了，你需要一头新的牛
应用跑在一个或多个虚拟机里
资源不够，增加新的虚拟机
应用挂起，重启或创建新的虚拟机

六. openstack与及其相关组件介绍

1. openstack由来

    openstack最早由美国国家航空航天局NASA研发的Nova和Rackspace研发的swift组成。后来以apache许可证授权,旨在为公共及私有云平台建设。openstack主要用来为企业内部实现类似于Amazon EC2和S3的云基础架构服务（Iaas）.每6个月更新一次，基本与ubuntu同步，命名是以A-Z作为首字母来的。

2. penstack项目与组件（服务名是项目名的别名）

核心项目3个

1.控制台

    服务名：Dashboard
    项目名：Horizon
    功能：web方式管理云平台，建云主机，分配网络，配安全组，加云盘

    2.计算
    服务名：计算
    项目名：Nova nbsp;
功能：负责响应虚拟机创建请求、调度、销毁云主机

    3.网络
    服务名：网络
    项目名：Neutron
    功能：实现SDN（软件定义网络），提供一整套API,用户可以基于该API实现自己定义专属网络，不同厂商可以基于此API提供自己的产品实现

存储项目2个

    1.对象存储
    服务名：对象存储
    项目名：Swift
    功能：REST风格的接口和扁平的数据组织结构。RESTFUL HTTP API来保存和访问任意非结构化数据，ring环的方式实现数据自动复制和高度可以扩展架构，保证数据的高度容错和可靠性

    2.块存储
    服务名：块存储
    项目名：Cinder
    功能：提供持久化块存储，即为云主机提供附加云盘。

共享服务项目3个

    1.认证服务
    服务名：认证服务
    项目名：Keystone
    功能：为访问openstack各组件提供认证和授权功能，认证通过后，提供一个服务列表（存放你有权访问的服务），可以通过该列表访问各个组件。

    2.镜像服务
    服务名：镜像服务
    项目名：Glance
    功能：为云主机安装操作系统提供不同的镜像选择

    3.计费服务
    服务名：计费服务
    项目名：Ceilometer
    功能：收集云平台资源使用数据，用来计费或者性能监控

高层服务项目1个

    1.编排服务
    服务名：编排服务
    项目名：Heat
    功能：自动化部署应用，自动化管理应用的整个生命周期.主要用于Paas

3. openstack各组件详解及运行流程

各组件逻辑关系图：

png

openstack新建云主机流程图:

openstackpng

    虚拟机启动过程如下：

    1. 界面或命令行通过RESTful API向keystone获取认证信息。

    2. keystone通过用户请求认证信息，并生成auth-token返回给对应的认证请求。

    3. 界面或命令行通过RESTful API向nova-api发送一个boot instance的请求（携带auth-token）。
        
    4. nova-api接受请求后向keystone发送认证请求，查看token是否为有效用户和token。
        
    5. keystone验证token是否有效，如有效则返回有效的认证和对应的角色（注：有些操作需要有角色权限才能操作）。
        
    6. 通过认证后nova-api和数据库通讯。
        
    7. 初始化新建虚拟机的数据库记录。
        
    8. nova-api通过rpc.call向nova-scheduler请求是否有创建虚拟机的资源(Host ID)。
        
    9. nova-scheduler进程侦听消息队列，获取nova-api的请求。
        
    10. nova-scheduler通过查询nova数据库中计算资源的情况，并通过调度算法计算符合虚拟机创建需要的主机。
        
    11. 对于有符合虚拟机创建的主机，nova-scheduler更新数据库中虚拟机对应的物理主机信息。
        
    12. nova-scheduler通过rpc.cast向nova-compute发送对应的创建虚拟机请求的消息。
        
    13. nova-compute会从对应的消息队列中获取创建虚拟机请求的消息。
        
    14. nova-compute通过rpc.call向nova-conductor请求获取虚拟机消息。（Flavor）
        
    15. nova-conductor从消息队队列中拿到nova-compute请求消息。
        
    16. nova-conductor根据消息查询虚拟机对应的信息。
        
    17. nova-conductor从数据库中获得虚拟机对应信息。
        
    18. nova-conductor把虚拟机信息通过消息的方式发送到消息队列中。
        
    19. nova-compute从对应的消息队列中获取虚拟机信息消息。
        
    20. nova-compute通过keystone的RESTfull API拿到认证的token，并通过HTTP请求glance-api获取创建虚拟机所需要镜像。
        
    21. glance-api向keystone认证token是否有效，并返回验证结果。
        
    22. token验证通过，nova-compute获得虚拟机镜像信息(URL)。
        
    23. nova-compute通过keystone的RESTfull API拿到认证k的token，并通过HTTP请求neutron-server获取创建虚拟机所需要的网络信息。
        
    24. neutron-server向keystone认证token是否有效，并返回验证结果。
        
    25. token验证通过，nova-compute获得虚拟机网络信息。
        
    26. nova-compute通过keystone的RESTfull API拿到认证的token，并通过HTTP请求cinder-api获取创建虚拟机所需要的持久化存储信息。
        
    27. cinder-api向keystone认证token是否有效，并返回验证结果。
        
    28. token验证通过，nova-compute获得虚拟机持久化存储信息。
        
    29. nova-compute根据instance的信息调用配置的虚拟化驱动来创建虚拟机。

下面我们就围绕上图流程展开

keystone

 **User**：指使用Openstack service的用户，可以是人、服务、系统，但凡使用了Openstack service的对象都可以称为User。

 **Project(Tenant)**：可以理解为一个人、或服务所拥有的 _资源集合_ 。在一个Project(Tenant)中可以包含多个User，每一个User都会根据权限的划分来使用Project(Tenant)中的资源。比如通过Nova创建虚拟机时要指定到某个Project中，在Cinder创建卷也要指定到某个Project中。User访问Project的资源前，必须要与该Project关联，并且指定User在Project下的Role。

 **Role**：用于划分权限。可以通过给User指定Role，使User获得Role对应的操作权限。Keystone返回给User的Token包含了Role列表，被访问的Services会判断访问它的User和User提供的Token中所包含的Role。系统默认使用管理Role admin和成员Role \_member\_ 。

 **Policy**：OpenStack对User的验证除了OpenStack的身份验证以外，还需要鉴别User对某个Service是否有访问权限。Policy机制就是用来控制User对Tenant中资源(包括Services)的操作权限。对于Keystone service来说，Policy就是一个JSON文件，默认是`/etc/keystone/policy.json`。通过配置这个文件，Keystone Service实现了对User基于Role的权限管理。

 **Token**：是一个字符串表示，作为访问资源的令牌。Token包含了在 _指定范围和有效时间内_ 可以被访问的资源。EG. 在Nova中一个tenant可以是一些虚拟机，在Swift和Glance中一个tenant可以是一些镜像存储，在Network中一个tenant可以是一些网络资源。Token一般被User持有。

 **Credentials**：用于确认用户身份的凭证

 **Authentication**：确定用户身份的过程

 **Service**：Openstack service，即Openstack中运行的组件服务。

 **Endpoint**：一个可以通过网络来访问和定位某个Openstack service的地址，通常是一个URL。比如，当Nova需要访问Glance服务去获取image 时，Nova通过访问Keystone拿到Glance的endpoint，然后通过访问该endpoint去获取Glance服务。我们可以通过Endpoint的region属性去定义多个region。Endpoint 该使用对象分为三类：

 *   admin url –> 给admin用户使用，Post：35357

 *   internal url –> OpenStack内部服务使用来跟别的服务通信，Port：5000

 *   public url –> 其它用户可以访问的地址，Post：5000

创建完service后创建API EndPoint. 在openstack中，每一个service都有三种end points. Admin, public, internal。 Admin是用作管理用途的，如它能够修改user/tenant(project)。 public 是让客户调用的，比如可以部署在外网上让客户可以管理自己的云。internal是openstack内部调用的。三种endpoints 在网络上开放的权限一般也不同。Admin通常只能对内网开放，public通常可以对外网开放internal通常只能对安装有openstack对服务的机器开放。

V3新增

*   Tenant 重命名为 Project
    
*   添加了 Domain 的概念
    
*   添加了 Group 的概念

the_keyston_identity_managerpng

    1. 用户alice登录keystone系统（password或者token的方式），获取一个临时的token和catalog服务目录（v3版本登录时，如果没有指定scope，project或者domain，获取的临时token没有任何权限，不能查询project或者catalog）。

    2. alice通过临时token获取自己的所有的project列表。
        
    3. alice选定一个project，然后指定project重新登录，获取一个正式的token，同时获得服务列表的endpoint，用户选定一个endpoint，在HTTP消息头中携带token，然后发送请求（如果用户知道project name或者project id可以直接第3步登录）。
        
    4. 消息到达endpoint之后，由服务端（nova）的keystone中间件（pipeline中的filter：authtoken）向keystone发送一个验证token的请求。（token类型：uuid需要在keystone验证token，pki类型的token本身是包含用户详细信息的加密串，可以在服务端完成验证）
        
    5. keystone验证token成功之后，将token对应用户的详细信息，例如：role，username，userid等，返回给服务端（nova）。
        
    6. 服务端（nova）完成请求，例如：创建虚拟机。
        
    7. 服务端返回请求结果给alice。

glance

glance_v1png

glance_v2png

nova与cinder

nova主要组成:

    nova-api
    nova-scheduler
    nova-compute
    nova-conductor

cinder主要组成:

    cinder-api
    cinder-scheduler
    cinder-volume

cinder各组件功能：

Cinder-api：cinder 服务的 endpoint，提供 rest 接口，负责处理 client 请求，并将 RPC 请求发送至 cinder-scheduler 组件。
Cinder-scheduler 负责 cinder 请求调度，其核心部分就是 scheduler_driver, 作为 scheduler manager 的 driver，负责 cinder-volume 具体的调度处理，发送 cinder RPC 请求到选择的 cinder-volume。
Cinder-volume 负责具体的 volume 请求处理，由不同后端存储提供 volume 存储空间。目前各大存储厂商已经积极地将存储产品的 driver 贡献到 cinder 社区

cinder架构图：

cinderpng

（未完）

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