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全面认识openstack:OpenStack架构详解
日期:2019-12-11 00:00:00  发布人:admin  浏览量:67

OpenStack既是一个社区,也是一个项目和一个开源软件,提供开放源码软件,建立公共和私有云,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。

OpenStackd开源项目由社区维护,包括OpenStack计算(代号为Nova),OpenStack对象存储(代号为Swift),并OpenStack镜像服务(代号Glance)的集合。 OpenStack提供了一个操作平台,或工具包,用于编排云。 下面列出Openstack的详细构架图

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Openstack的网络拓扑结构图

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整个OpenStack是由控制节点,计算节点,网络节点,存储节点四大部分组成。(这四个节点也可以安装在一台机器上,单机部署) 其中: 控制节点负责对其余节点的控制,包含虚拟机建立,迁移,网络分配,存储分配等等 计算节点负责虚拟机运行 网络节点负责对外网络与内网络之间的通信 存储节点负责对虚拟机的额外存储管理等等 控制节点架构: 控制节点包括以下服务 管理支持服务 基础管理服务 扩展管理服务

1)管理支持服务包含MySQL与Qpid两个服务 MySQL:数据库作为基础/扩展服务产生的数据存放的地方 Qpid:消息代理(也称消息中间件)为其他各种服务之间提供了统一的消息通信服务

2)基础管理服务包含Keystone,Glance,Nova,Neutron,Horizon五个服务

Keystone:认证管理服务,提供了其余所有组件的认证信息/令牌的管理,创建,修改等等,使用MySQL作为统一的数据库

Glance:镜像管理服务,提供了对虚拟机部署的时候所能提供的镜像的管理,包含镜像的导入,格式,以及制作相应的模板

Nova:计算管理服务,提供了对计算节点的Nova的管理,使用Nova-API进行通信

Neutron:网络管理服务,提供了对网络节点的网络拓扑管理,同时提供Neutron在Horizon的管理面板 Horizon:控制台服务,提供了以Web的形式对所有节点的所有服务的管理,通常把该服务称为DashBoard

3)扩展管理服务包含Cinder,Swift,Trove,Heat,Centimeter五个服务
Cinder:提供管理存储节点的Cinder相关,同时提供Cinder在Horizon中的管理面板
Swift:提供管理存储节点的Swift相关,同时提供Swift在Horizon中的管理面板
Trove:提供管理数据库节点的Trove相关,同时提供Trove在Horizon中的管理面板
Heat:提供了基于模板来实现云环境中资源的初始化,依赖关系处理,部署等基本操作,也可以解决自动收缩,负载均衡等高级特性。
Centimeter:提供对物理资源以及虚拟资源的监控,并记录这些数据,对该数据进行分析,在一定条件下触发相应动作 控制节点一般来说只需要一个网络端口用于通信/管理各个节点 网络节点架构 网络节点仅包含Neutron服务 Neutron:负责管理私有网段与公有网段的通信,以及管理虚拟机网络之间的通信/拓扑,管理虚拟机之上的防火等等 网络节点包含三个网络端口

eth0:用于与控制节点进行通信

eth1:用于与除了控制节点之外的计算/存储节点之间的通信

eth2:用于外部的虚拟机与相应网络之间的通信 计算节点架构 计算节点包含Nova,Neutron,Telemeter三个服务

1)基础服务 Nova:提供虚拟机的创建,运行,迁移,快照等各种围绕虚拟机的服务,并提供API与控制节点对接,由控制节点下发任务 Neutron:提供计算节点与网络节点之间的通信服务

2)扩展服务 Telmeter:提供计算节点的监控代理,将虚拟机的情况反馈给控制节点,是Centimeter的代理服务 计算节点包含最少两个网络端口 eth0:与控制节点进行通信,受控制节点统一调配 eth1:与网络节点,存储节点进行通信 存储节点架构 存储节点包含Cinder,Swift等服务 Cinder:块存储服务,提供相应的块存储,简单来说,就是虚拟出一块磁盘,可以挂载到相应的虚拟机之上,不受文件系统等因素影响,对虚拟机来说,这个操作就像是新加了一块硬盘,可以完成对磁盘的任何操作,包括挂载,卸载,格式化,转换文件系统等等操作,大多应用于虚拟机空间不足的情况下的空间扩容等等 Swift:对象存储服务,提供相应的对象存储,简单来说,就是虚拟出一块磁盘空间,可以在这个空间当中存放文件,也仅仅只能存放文件,不能进行格式化,转换文件系统,大多应用于云磁盘/文件 存储节点包含最少两个网络接口 eth0:与控制节点进行通信,接受控制节点任务,受控制节点统一调配 eth1:与计算/网络节点进行通信,完成控制节点下发的各类任务 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

下面说一说Openstack的各个组件作用及关系 Openstack发展至今,总共集成了下面几个组件:
Nova - 计算服务 Neutron-网络服务 Swift - 对象存储服务 Cinder-块存储服务 Glance - 镜像服务 Keystone - 认证服务 Horizon - UI服务 Ceilometer-监控服务 Heat-集群服务 Trove-数据库服务 组件间的关系图如下: 重要组件介绍 OpenStack认证服务(Keystone) Keystone为所有的OpenStack组件提供认证和访问策略服务,它依赖自身REST(基于Identity API)系统进行工作,主要对(但不限于)Swift、Glance、Nova等进行认证与授权。事实上,授权通过对动作消息来源者请求的合法性进行鉴定。下图显示了身份认证服务流程: Keystone采用两种授权方式,一种基于用户名/密码,另一种基于令牌(Token)。

除此之外,Keystone提供以下三种服务:

令牌服务:含有授权用户的授权信息

目录服务:含有用户合法操作的可用服务列表 策略服务:利用Keystone具体指定用户或群组某些访问权限 keystone认证服务注意点: 服务入口:如Nova、Swift和Glance一样每个OpenStack服务都拥有一个指定的端口和专属的URL,我们称其为入口(endpoints)。 区位:在某个数据中心,一个区位具体指定了一处物理位置。在典型的云架构中,如果不是所有的服务都访问分布式数据中心或服务器的话,则也称其为区位。 用户:Keystone授权使用者   

PS:代表一个个体,OpenStack以用户的形式来授权服务给它们。用户拥有证书(credentials),且可能分配给一个或多个租户。经过验证后,会为每个单独的租户提供一个特定的令牌。 服务:总体而言,任何通过Keystone进行连接或管理的组件都被称为服务。举个例子,我们可以称Glance为Keystone的服务。 角色:为了维护安全限定,就云内特定用户可执行的操作而言,该用户关联的角色是非常重要的。  

 PS:一个角色是应用于某个租户的使用权限集合,以允许某个指定用户访问或使用特定操作。角色是使用权限的逻辑分组,它使得通用的权限可以简单地分组并

绑定到与某个指定租户相关的用户。 租间:租间指的是具有全部服务入口并配有特定成员角色的一个项目。   PS:一个租间映射到一个Nova的“project-id”,在对象存储中,一个租间可以有多个容器。根据不同的安装方式,一个租间可以代表一个客户、帐号、组织或项目。 OpenStack计算设施----Nova Nova是OpenStack计算的弹性控制器。OpenStack云实例生命期所需的各种动作都将由Nova进行处理和支撑,这就意味着Nova以管理平台的身份登场,负责管理整个云的计算资源、网络、授权及测度。虽然Nova本身并不提供任何虚拟能力,但是它将使用libvirt API与虚拟机的宿主机进行交互。Nova通过Web服务API来对外提供处理接口,而且这些接口与Amazon的Web服务接口是兼容的。 功能及特点:  实例生命周期管理 计算资源管理 网络与授权管理 基于REST的API 异步连续通信 支持各种宿主:Xen、XenServer/XCP、KVM、UML、VMware vSphere及Hyper-V Nova弹性云(OpenStack计算部件)包含以下主要部分: API Server(nova-api) 消息队列(rabbit-mq server) 运算工作站(nova-compute) 网络控制器(nova-network) 卷管理(nova-volume) 调度器(nova-scheduler) 解释如下:

1)API服务器(nova-api) API服务器提供了云设施与外界交互的接口,它是外界用户对云实施管理的唯一通道。通过使用web服务来调用各种EC2的API,接着API服务器便通过消息队列把请求送达至云内目标设施进行处理。作为对EC2-api的替代,用户也可以使用OpenStack的原生API,我们把它叫做“OpenStack API”。

2)消息队列(Rabbit MQ Server) OpenStack内部在遵循AMQP(高级消息队列协议)的基础上采用消息队列进行通信。Nova对请求应答进行异步调用,当请求接收后便则立即触发一个回调。由于使用了异步通信,不会有用户的动作被长置于等待状态。例如,启动一个实例或上传一份镜像的过程较为耗时,API调用就将等待返回结果而不影响其它操作,在此异步通信起到了很大作用,使整个系统变得更加高效。

 3)调度器(nova-scheduler)   调度器负责把nova-API调用送达给目标。调度器以名为“nova-schedule”的守护进程方式运行,并根据调度算法从可用资源池中恰当地选择运算服务器。有很多因素都可以影响调度结果,比如负载、内存、子节点的远近、CPU架构等等。强大的是nova调度器采用的是可插入式架构。 目前nova调度器使用了几种基本的调度算法:   随机化:主机随机选择可用节点;   可用化:与随机相似,只是随机选择的范围被指定;   简单化:应用这种方式,主机选择负载最小者来运行实例。负载数据可以从别处获得,如负载均衡服务器。

4)运算工作站(nova-compute) 运算工作站的主要任务是管理实例的整个生命周期。他们通过消息队列接收请求并执行,从而对实例进行各种操作。在典型实际生产环境下,会架设许多运算工作站,根据调度算法,一个实例可以在可用的任意一台运算工作站上部署。  

5)网络控制器(nova-network) 网络控制器处理主机的网络配置,例如IP地址分配,配置项目VLAN,设定安全群组以及为计算节点配置网络。

 6)卷工作站(nova-volume)  卷工作站管理基于LVM的 实例卷,它能够为一个实例创建、删除、附加卷,也可以从一个实例中分离卷。卷管理为何如此重要?因为它提供了一种保持实例持续存储的手段,比如当结束一个 实例后,根分区如果是非持续化的,那么对其的任何改变都将丢失。可是,如果从一个实例中将卷分离出来,或者为这个实例附加上卷的话,即使实例被关闭,数据 仍然保存其中。这些数据可以通过将卷附加到原实例或其他实例的方式而重新访问。 因此,为了日后访问,重要数据务必要写入卷中。这种应用对于数据服务器实例的存储而言,尤为重要。 OpenStack镜像服务器----Glance OpenStack镜像服务器是一套虚拟机镜像发现、注册、检索系统,我们可以将镜像存储到以下任意一种存储中: 本地文件系统(默认) S3直接存储 S3对象存储(作为S3访问的中间渠道) OpenStack对象存储等等。  

  功能及特点: 提供镜像相关服务。 Glance构件:

1)Glance-API:   主要负责接收响应镜像管理命令的Restful请求,分析消息请求信息并分发其所带的命令(如新增,删除,更新等)。默认绑定端口是9292。

2)Glance-Registry:   

主要负责接收响应镜像元数据命令的Restful请求。分析消息请求信息并分发其所带的命令(如获取元数据,更新元数据等)。默认绑定的端口是9191。 OpenStack存储设施----Swift Swift为OpenStack提供一种分布式、持续虚拟对象存储,它类似于Amazon Web Service的S3简单存储服务。Swift具有跨节点百级对象的存储能力。Swift内建冗余和失效备援管理,也能够处理归档和媒体流,特别是对大数据(千兆字节)和大容量(多对象数量)的测度非常高效。
swift功能及特点:   海量对象存储 大文件(对象)存储 数据冗余管理 归档能力-----处理大数据集 为虚拟机和云应用提供数据容器 处理流媒体 对象安全存储 备份与归档 良好的可伸缩性 Swift组件 Swift账户 Swift容器 Swift对象 Swift代理 Swift RING   
Swift代理服务器   用户都是通过Swift-API与代理服务器进行交互,代理服务器正是接收外界请求的门卫,它检测合法的实体位置并路由它们的请求。 此外,代理服务器也同时处理实体失效而转移时,故障切换的实体重复路由请求。 Swift对象服务器 对象服务器是一种二进制存储,它负责处理本地存储中的对象数据的存储、检索和删除。对象都是文件系统中存放的典型的二进制文件,具有扩展文件属性的元数据(xattr)。 注意:xattr格式被Linux中的ext3/4,XFS,Btrfs,JFS和ReiserFS所支持,但是并没有有效测试证明在XFS,JFS,ReiserFS,Reiser4和ZFS下也同样能运行良好。不过,XFS被认为是当前最好的选择。 Swift容器服务器 容器服务器将列出一个容器中的所有对象,默认对象列表将存储为SQLite文件(译者注:也可以修改为MySQL,安装中就是以MySQL为例)。容器服务器也会统计容器中包含的对象数量及容器的存储空间耗费。 Swift账户服务器 账户服务器与容器服务器类似,将列出容器中的对象。 Ring(索引环) Ring容器记录着Swift中物理存储对象的位置信息,它是真实物理存储位置的实体名的虚拟映射,类似于查找及定位不同集群的实体真实物理位置的索引服务。这里所谓的实体指账户、容器、对象,它们都拥有属于自己的不同的Rings。 OpenStack管理的Web接口----Horizon
Horizon是一个用以管理、控制OpenStack服务的Web控制面板,它可以管理实例、镜像、创建密匙对,对实例添加卷、操作Swift容器等。除此之外,用户还可以在控制面板中使用终端(console)或VNC直接访问实例。

总之,Horizon具有如下一些特点: 

  实例管理:创建、终止实例,查看终端日志,VNC连接,添加卷等 访问与安全管理:创建安全群组,管理密匙对,设置浮动IP等 偏好设定:对虚拟硬件模板可以进行不同偏好设定 镜像管理:编辑或删除镜像 查看服务目录 管理用户、配额及项目用途 用户管理:创建用户等 卷管理:创建卷和快照 对象存储处理:创建、删除容器和对象 为项目下载环境变量
 

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