openstack架构详解

OpenStack的架构

1.OpenStack是什么

OpenStack既是一个社区，也是一个项目和一个开源软件，它提供了一个部署云的操作平台或工具集。其宗旨在于，帮助组织运行为虚拟计算或存储服务的云，为公有云、私有云，也为大云、小云提供可扩展的、灵活的云计算。

OpenStack旗下包含了一组由社区维护的开源项目，他们分别是OpenStack Compute（Nova），OpenStack Object Storage（Swift），以及OpenStack Image Service（Glance）。

OpenStack Compute[1]，为云组织的控制器，它提供一个工具来部署云，包括运行实例、管理网络以及控制用户和其他项目对云的访问（the cloud through users and projects）。它底层的开源项目名称是Nova，其提供的软件能控制IaaS云计算平台，类似于Amazon EC2和Rackspace Cloud Servers。实际上它定义的是，与运行在主机操作系统上潜在的虚拟化机制交互的驱动，暴露基于Web API的功能。

OpenStack Object Storage[2]，是一个可扩展的对象存储系统。对象存储支持多种应用，比如复制和存档数据，图像或视频服务，存储次级静态数据，开发数据存储整合的新应用，存储容量难以估计的数据，为Web应用创建基于云的弹性存储。

OpenStack Image Service[1]，是一个虚拟机镜像的存储、查询和检索系统，服务包括的RESTful API允许用户通过HTTP请求查询VM镜像元数据，以及检索实际的镜像。VM镜像有四种配置方式：简单的文件系统，类似OpenStack ObjectStorage的对象存储系统，直接用Amazon'sSimple Storage Solution (S3) 存储，用带有Object Store的S3间接访问S3。

三个项目的基本关系如下图1-1所示：

2.云服务提供商的概念架构

OpenStack能帮我们建立自己的IaaS，提供类似Amazon Web Service的服务给客户。为实现这一点，我们需要提供几个高级特性：

a)允许应用拥有者注册云服务，查看运用和计费情况；

b)允许Developers/DevOps folks创建和存储他们应用的自定义镜像；

c)允许他们启动、监控和终止实例；

d)允许Cloud Operator配置和操作基础架构

这四点都直击提供IaaS的核心，现在假设你同意了这四个特性，现在就可以将它们放进如下所示的概念架构2-1中。

2-1 OpenStack 概念架构

在此模型中，作者假设了需要与云交互的四个用户集：developers, devops, owners and operators，并为每类用户划分了他们所需要的功能。该架构采用的是非常普通的分层方法（presentation, logic and resources），它带有两个正交区域。

展示层，组件与用户交互，接受和呈现信息。Web portals为非开发者提供图形界面，为开发者提供API端点。如果是更复杂的结构，负载均衡，控制代理，安全和名称服务也都会在这层。

逻辑层为云提供逻辑（intelligence）和控制功能。这层包括部署（复杂任务的工作流），调度（作业到资源的映射），策略（配额等等），镜像注册image registry (实例镜像的元数据)，日志(事件和计量) 。

假设绝大多数服务提供者已经有客户身份和计费系统。任何云架构都需要整合这些系统。

在任何复杂的环境下，我们都将需要一个management层来操作这个环境。它应该包括一个API访问云管理特性以及一些监控形式（forms）。很可能，监控功能将以整合的形式加入一个已存在的工具中。当前的架构中已经为我们虚

拟的服务提供商加入了monitoring和admin API，在更完全的架构中，你将见到一系列的支持功能，比如provisioning 和configurationmanagement。

最后，资源层。既然这是一个compute云，我们就需要实际的compute、network 和storage资源，以供应给我们的客户。该层提供这些服务，无论他们是服务器，网络交换机，NAS（network attached storage）还是其他的一些资源。

3.OpenStack Compute架构

3.1OpenStack Compute逻辑架构

OpenStack Compute逻辑架构中，组件中的绝大多数可分为两种自定义编写的Python守护进程（custom written python daemons）。

a)接收和协调API调用的WSGI应用（nova-api, glance-api, etc）

b)执行部署任务的Worker守护进程（nova-compute,nova-network, nova-schedule, etc.）

然而，逻辑架构中有两个重要的部分，既不是自定义编写，也不是基于Python，它们是消息队列和数据库。二者简化了复杂任务（通过消息传递和信息共享的任务）的异步部署。

逻辑架构图3-1如下所示：

3-1 OpenStack Compute逻辑架构

从图中，我们可以总结出三点：

a)终端用户（DevOps, Developers 和其他的OpenStack 组件）通过和nova-api对话来与OpenStack

Compute交互。

b)OpenStack Compute守护进程之间通过队列（行为）和数据库（信息）来交换信息，以执行API请求。

c)OpenStack Glance基本上是独立的基础架构，OpenStack Compute通过Glance API来和它交互。

其各个组件的情况如下：

a)nova-api守护进程是OpenStack Compute的中心。它为所有API查询（OpenStack API 或EC2 API）提

供端点，初始化绝大多数部署活动（比如运行实例），以及实施一些策略（绝大多数的配额检查）。

b)nova-compute进程主要是一个创建和终止虚拟机实例的Worker守护进程。其过程相当复杂，但是基本原理

很简单：从队列中接收行为，然后在更新数据库的状态时，执行一系列的系统命令执行他们。

c)nova-volume管理映射到计算机实例的卷的创建、附加和取消。这些卷可以来自很多提供商，比如，ISCSI和

AoE。

d)Nova-network worker守护进程类似于nova-compute和nova-volume。它从队列中接收网络任务，然后

执行任务以操控网络，比如创建bridging interfaces或改变iptablesrules。

e)Queue提供中心hub，为守护进程传递消息。当前用RabbitMQ实现。但是理论上能是python ampqlib支

持的任何AMPQ消息队列。

f)SQL database存储云基础架构中的绝大多数编译时和运行时状态。这包括了可用的实例类型，在用的实例，

可用的网络和项目。理论上，OpenStack Compute能支持SQL-Alchemy支持的任何数据库，但是当前广泛使用的数据库是sqlite3（仅适合测试和开发工作），MySQL和PostgreSQL。

g)OpenStack Glance，是一个单独的项目，它是一个compute架构中可选的部分，分为三个部分：glance-api,

glance-registry and the image store. 其中，glance-api接受API调用，glance-registry负责存储和检索镜像的元数据，实际的Image Blob存储在Image Store中。Image Store可以是多种不同的Object Store，包括OpenStack Object Storage (Swift)