OpenStack

一、云计算简介

1. 云计算的优势

• 按需自助服务：用户可自主申请资源，无需人工干预。

• 广泛的网络接入：通过网络随时随地访问云服务。

• 弹性伸缩：根据需求自动调整资源规模。

• 资源池化：将底层资源抽象为共享池，隐藏技术细节。

2. 云计算类型

2.1 按服务范围分类

• 公有云：面向公众开放，由云服务商提供。

• 私有云：专用于单一组织，内部或托管部署。

• 混合云：公有云与私有云结合，实现数据与应用互通。

2.2 按服务模式分类

• IAAS（基础设施即服务）：提供计算、存储、网络等基础资源。

• PAAS（平台即服务）：提供应用开发与运行平台。

• SAAS（软件即服务）：提供可直接使用的软件应用。

二、OpenStack 概述

官方文档：https://docs.openstack.org/install-guide/

三、OpenStack 核心组件

1. 组件概览

IAAS（基础设施即服务）：

Nova：计算服务，负责云服务器整个生命周期管理

Glance：镜像服务，负责镜像维护操作

Neutron：网络服务，负责为云服务器提供网络连接功能

Cinder：块存储服务（卷服务），负责云硬盘整个生命周期管理

• Swift：对象存储服务，提供对象存储

• Keystone：身份认证服务，提供认证、授权

• Heat：编排服务，基于yaml语法

• Ironic：裸机管理服务（裸金属服务）

• Zun：容器服务，提供容器服务

• Horizon：提供Dashboard，webUI
• Dashboard：Web 管理界面

四、核心组件详解

1. Nova（计算服务）

核心进程：

• nova-api：接收并响应客户端请求。
实现了RESTful API功能，是外部访问Nova的唯一途径。接收外部的请求并通过Message Queue将请求发送给其他的服务组件，同时也兼容EC2 API，所以也可以用EC2的管理工具对nova进行日常管理。

• nova-scheduler：选择合适的计算节点运行虚拟机。
决策虚拟机创建在哪个主机（计算节点）上。决策一个虚拟机应该调度到某物理节点，需要分为两个步骤：
1. 过滤（filter）：过滤出可以创建虚拟机的主机。



1. 计算权值（weight）：根据权重大小进行分配，默认根据资源可用空间进行权重排序。

• nova-compute：调用 Hypervisor（如 KVM）管理虚拟机。
负责虚拟机的生命周期管理，创建并终止虚拟机实例的工作后台程序hypervisor api

• nova-conductor：协调 nova-compute 与数据库之间的交互，读取云服务器相关元数据信息。
计算节点访问数据的中间件，nova-compute服务和数据库之间的中间件。它消除了对云数据库的直接访问。

• nova-novncproxy：提供 VNC 连接，支持控制台访问。

默认 Hypervisor：KVM

Nova创建虚拟机工作流程

2. Glance（镜像服务）

核心进程：

• glance-api：接收镜像操作请求。
接收REST API的请求，然后通过其他模块（glance-registry及image store）来完成诸如镜像的查找、获取、上传、删除等操作，默认监听端口9292。

• glance-registry：存储和管理镜像的元数据。
用于与MariaDB数据库交互，用于存储或获取镜像的元数据（metadata），默认监听端口9191。

支持的存储后端：

• Swift、S3、文件系统、Cinder Volume、Ceph RBD、Sheepdog、GridFS 等。

glance工作流程

3. Cinder（块存储服务）

核心进程：

• cinder-api：接收 API 请求，调用 cinder-volume 执行操作。cinder-api 对接收到的 HTTP API 请求会做如下处理：
1. 检查客户端传人的参数是否合法有效 2. 调用 cinder 其他子服务的处理客户端请求 3. 将 cinder 其他子服务返回的结果序列号并返回给客户端

• cinder-scheduler：选择合适的存储节点。

• cinder-volume：调用存储驱动创建/销毁卷。

• cinder-backup：提供卷备份功能，通常与 Swift 配合使用。

使用技术：

• LVM、iSCSI/SCSI 共享块设备

• 支持多种存储驱动（如 FusionStorage、Ceph 等）

Cinder 工作流程

4. Neutron（网络服务）

核心进程：

• neutron-server：接收网络请求，路由到相应网络插件。
• L2 Agent（接入）：负责虚拟交换机层操作（OVS 或 LinuxBridge）。
• L3 Agent（路由）：负责路由、NAT、防火墙操作（使用 iptables）。
• DHCP Agent：为虚拟机提供 DHCP 服务（使用 dnsmasq）。

网络虚拟化技术：

• Open vSwitch / Linux Bridge：虚拟交换机
• Linux Bridge是 Linux 内核自带的虚拟交换机（Layer 2 Switch）。
它能在宿主机上创建一个虚拟交换域（Bridge Domain），让多个网络接口（物理或虚拟）像连接在同一个交换机上一样通信。

• VXLAN：在大规模虚拟化环境中，突破 VLAN ID 数量限制（4094 个），实现跨宿主机的二层网络隔离。

• SDN（软件定义网络）：控制平面与数据平面分离
• 硬 SDN：专用硬件
• 软 SDN：软件实现

VLAN 是一种在 同一物理网络中 划分 多个逻辑局域网 的技术。

通过给以太网帧添加 802.1Q 标签（VLAN ID） 来实现隔离。

• 每个 VLAN ID 范围：1 ～ 4094

• 不同 VLAN 的虚拟机互不通信，除非通过三层（L3）路由连接。

5. Swift（对象存储服务）

6. Ceilometer（计量服务）

7. Keystone（身份认证服务）

8. Heat（编排服务）

9. Dashboard（Web 界面）

五、补充说明

1. Neutron 网络插件

• Neutron 支持多种插件（如 ML2），可根据网络需求灵活选择。

3. Glance 多存储支持

• Glance 支持多种后端存储，建议根据性能和可靠性需求选择合适的存储类型。

六、总结