云计算openstack核心组件——nova计算服务

一、nova介绍:

      Nova 是 OpenStack 最核心的服务,负责维护和管理云环境的计算资源。OpenStack 作为 IaaS 的云操作系统,虚拟机生命周期管理也就是通过 Nova 来实现的。
 
用途与功能 :
1) 实例生命周期管理
2) 管理计算资源
3) 网络和认证管理
4)REST 风格的 API
5) 异步的一致性通信
6)Hypervisor 透明:支持Xen,XenServer/XCP,KVM, UML, VMware vSphere and Hyper-V
 
 
在上图中可以看到,Nova 处于 Openstak 架构的中心,其他组件都为 Nova 提供支持: Glance 为 VM 提供 image Cinder 和 Swift 分别为 VM 提供块存储和对象存储 Neutron 为 VM 提供网络连接。
 
Nova 架构如下:
 
Nova 的架构比较复杂,包含很多组件。 这些组件以子服务(后台 deamon 进程)的形式运行,可以分为以下几类:
 
API
 
nova-api
是整个 Nova 组件的门户,接收和响应客户的 API 调用。所有对 Nova 的请求都首先由 nova-api 处理。nova-api 向外界暴露若干 HTTP REST API 接口 在 keystone 中我们可以查询 nova-api 的 endponits。
客户端就可以将请求发送到 endponits 指定的地址,向 nova-api 请求操作。 当然,作为最终用户的我们不会直接发送 Rest AP I请求。 OpenStack CLI,Dashboard 和其他需要跟 Nova 交换的组件会使用这些 API。
 
Nova-api 对接收到的 HTTP API 请求会做如下处理:
1. 检查客户端传入的参数是否合法有效
2. 调用 Nova 其他子服务的处理客户端 HTTP 请求
3. 格式化 Nova 其他子服务返回的结果并返回给客户端
 
nova-api 接收哪些请求?
简单的说,只要是跟虚拟机生命周期相关的操作,nova-api 都可以响应。 大部分操作都可以在 Dashboard 上找到。打开Instance管理界面
除了提供 OpenStack 自己的API,nova-api 还支持 Amazon EC2 API。 也就是说,如果客户以前使用 Amazon EC2,并且用 EC2 的 API 开发了些工具来管理虚机,那么如果现在要换成 OpenStack,这些工具可以无缝迁移到 OpenStack,因为 nova-api 兼容 EC2 API,无需做任何修改。
 
Compute Core
 
a)nova-scheduler:1
虚机调度服务,负责决定在哪个计算节点上运行虚机。创建 Instance 时,用户会提出资源需求,例如 CPU、内存、磁盘各需要多少。OpenStack 将这些需求定义在 flavor 中,用户只需要指定用哪个 flavor 就可以了。
可用的 flavor 在 System->Flavors 中管理。
 
下面介绍 nova-scheduler 是如何实现调度的。在 /etc/nova/nova.conf 中,nova 通过 driver=filter_scheduler 这个参数来配置 nova-scheduler。
driver=filter_scheduler
 
Filter scheduler
Filter scheduler 是 nova-scheduler 默认的调度器,调度过程分为两步:
1. 通过过滤器(filter)选择满足条件的计算节点(运行 nova-compute)
2. 通过权重计算(weighting)选择在最优(权重值最大)的计算节点上创建 Instance。
 
Nova 允许使用第三方 scheduler,配置 scheduler_driver 即可。 这又一次体现了OpenStack的开放性。Scheduler 可以使用多个 filter 依次进行过滤,过滤之后的节点再通过计算权重选出最适合的节点。
上图是调度过程的一个示例:
1. 最开始有 6 个计算节点 Host1-Host6
2. 通过多个 filter 层层过滤,Host2 和 Host4 没有通过,被刷掉了
3. Host1,Host3,Host5,Host6 计算权重,结果 Host5 得分最高,最终入选
 
当 Filter scheduler 需要执行调度操作时,会让 filter 对计算节点进行判断,filter 返回 True 或 False。经过前面一堆 filter 的过滤,nova-scheduler 选出了能够部署 instance 的计算节点。
 
如果有多个计算节点通过了过滤,那么最终选择哪个节点呢?
 
Scheduler 会对每个计算节点打分,得分最高的获胜。 打分的过程就是 weight,翻译过来就是计算权重值,那么 scheduler 是根据什么来计算权重值呢? 
 
目前 nova-scheduler 的默认实现是根据计算节点空闲的内存量计算权重值: 空闲内存越多,权重越大,instance 将被部署到当前空闲内存最多的计算节点上。
 
 
b)nova-compute:
nova-compute 是管理虚机的核心服务,在计算节点上运行。通过调用Hypervisor API实现节点上的 instance的生命周期管理。 OpenStack 对 instance 的操作,最后都是交给 nova-compute 来完成的。 nova-compute 与 Hypervisor 一起实现 OpenStack 对 instance 生命周期的管理。
Openstack中虚机默认的保存路径在:/var/lib/nova/instances
 
通过Driver架构支持多种Hypervisor
Hypervisor是计算节点上跑的虚拟化管理程序,虚机管理最底层的程序。 不同虚拟化技术提供自己的 Hypervisor。 常用的 Hypervisor 有 KVM,Xen, VMWare 等。nova-compute 为这些 Hypervisor 定义了统一的接口,Hypervisor 只需要实现这些接口,就可以 Driver 的形式即插即用到 OpenStack 系统中。 下面是Nova Driver的架构示意图:
 
 
 
c)nova-conductor:
nova-compute 经常需要更新数据库,比如更新和获取虚机的状态。 出于安全性和伸缩性的考虑,nova-compute 并不会直接访问数据库,而是将这个任务委托给 nova-conductor。
这样做有两个显著好处:
1. 更高的系统安全性
2. 更好的系统伸缩性
 
 
Console Interface
 
nova-console: 用户可以通过多种方式访问虚机的控制台:
nova-novncproxy: 基于 Web 浏览器的 VNC 访问
nova-spicehtml5proxy: 基于 HTML5 浏览器的 SPICE 访问
nova-xvpnvncproxy: 基于 Java 客户端的 VNC 访问
nova-consoleauth: 负责对访问虚机控制台请求提供 Token 认证
nova-cert: 提供 x509 证书支持
 
Database
 
Nova 会有一些数据需要存放到数据库中,一般使用 MySQL。数据库安装在控制节点上。 Nova 使用命名为 “nova” 的数据库。
 
 
Message Queue
在前面我们了解到 Nova 包含众多的子服务,这些子服务之间需要相互协调和通信。为解耦各个子服务,Nova 通过 Message Queue 作为子服务的信息中转站。 所以在架构图上我们看到了子服务之间没有直接的连线,是通过 Message Queue 联系的。
 
 
OpenStack 默认是用 RabbitMQ 作为 Message Queue。 MQ 是 OpenStack 的核心基础组件,我们后面也会详细介绍。
 
 
二、Nova 组件如何协同工作
 
Nova 物理部署方案                                                                                       
 
       前面大家已经看到 Nova 由很多子服务组成,我们也知道 OpenStack 是一个分布式系统,可以部署到若干节点上,那么接下来大家可能就会问:Nova 的这些服务在物理上应该如何部署呢?
 
对于 Nova,这些服务会部署在两类节点上:计算节点和控制节点。
 
计算节点上安装了 Hypervisor,上面运行虚拟机。 由此可知:
1. 只有 nova-compute 需要放在计算节点上。
2. 其他子服务则是放在控制节点上的。
 
下面我们可以看看实验环境的具体部署情况。 通过在计算节点和控制节点上运行
ps -elf | grep nova 来查看运行的 nova 子服务
计算节点compute只运行了nova-compute子服务
 
控制节点controller运行了若干nova-*子服务
 
RabbitMQ 和 MySQL 也是放在控制节点上的。可能细心的同学已经发现我们的控制节点上也运行了 nova-compute。 这实际上也就意味着 devstack-controller 既是一个控制节点,同时也是一个计算节点,也可以在上面运行虚机。
 
这也向我们展示了 OpenStack 这种分布式架构部署上的灵活性: 可以将所有服务都放在一台物理机上,作为一个 All-in-One 的测试环境; 也可以将服务部署在多台物理机上,获得更好的性能和高可用。
 
另外,也可以用 nova service-list 查看 nova-* 子服务都分布在哪些节点上
 
 
从虚机创建流程看 nova-* 子服务如何协同工作                                    
      
     从学习 Nova 的角度看,虚机创建是一个非常好的场景,涉及的 nova-* 子服务很全,下面是流程图。
 
  1. 客户(可以是 OpenStack 最终用户,也可以是其他程序)向 API(nova-api)发送请求:“帮我创建一个虚机”
     
  2. API 对请求做一些必要处理后,向 Messaging(RabbitMQ)发送了一条消息:“让 Scheduler 创建一个虚机”
     
  3. Scheduler(nova-scheduler)从 Messaging 获取到 API 发给它的消息,然后执行调度算法,从若干计算节点中选出节点 A
     
  4. Scheduler 向 Messaging 发送了一条消息:“在计算节点 A 上创建这个虚机”
     
  5. 计算节点 A 的 Compute(nova-compute)从 Messaging 中获取到 Scheduler 发给它的消息,然后在本节点的 Hypervisor 上启动虚机。
     
  6. 在虚机创建的过程中,Compute 如果需要查询或更新数据库信息,会通过 Messaging 向 Conductor(nova-conductor)发送消息,Conductor 负责数据库访问。
     
以上是创建虚机最核心的步骤, 这几个步骤向我们展示了 nova-* 子服务之间的协作的方式,也体现了 OpenStack 整个系统的分布式设计思想,掌握这种思想对我们深入理解 OpenStack 会非常有帮助。
 
三、Nova 创建虚拟机详细过程
 
 

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。

四、彻底删除nova-compute节点

1、控制节点上操作查看计算节点,删除node1

1
2
openstack host list
nova service-list

2、将node1上的计算服务设置为down,然后disabled

1
2
systemctl stop openstack-nova-compute
nova service-list

1
2
nova service-disable node1 nova-compute
nova service-list

3、在数据库里清理(nova库)

(1)参看现在数据库状态

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[root@node1 ~]# mysql -u root -p
Enter password:
Welcome to the MariaDB monitor.  Commands end with ; or \g.
Your MariaDB connectionid is 90
Server version: 10.1.20-MariaDB MariaDB Server
 
Copyright (c) 2000, 2016, Oracle, MariaDB Corporation Ab and others.
 
Type'help;' or'\h' for help. Type'\c' toclear the current input statement.
 
MariaDB [(none)]> use nova;
Reading table informationfor completion of table and column names
You can turn off this feature to get a quicker startup with -A
 
Database changed
MariaDB [nova]>select host from nova.services;
+---------+
| host    |
+---------+
| 0.0.0.0 |
| 0.0.0.0 |
| node1   |
| node1   |
| node1   |
| node1   |
| node2   |
+---------+
7 rowsin set (0.00 sec)
 
MariaDB [nova]>select hypervisor_hostname from compute_nodes;
+---------------------+
| hypervisor_hostname |
+---------------------+
| node1               |
| node2               |
+---------------------+
2 rowsin set (0.00 sec)

 (2)删除数据库中的node1节点信息

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MariaDB [nova]> delete from nova.services where host="node1";
Query OK, 4 rows affected (0.01 sec)
 
MariaDB [nova]> delete from compute_nodes where hypervisor_hostname="node1";
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
 
MariaDB [nova]>
MariaDB [nova]>
MariaDB [nova]>
MariaDB [nova]>select host from nova.services;
+---------+
| host    |
+---------+
| 0.0.0.0 |
| 0.0.0.0 |
| node2   |
+---------+
3 rowsin set (0.00 sec)
 
MariaDB [nova]>select hypervisor_hostname from compute_nodes;
+---------------------+
| hypervisor_hostname |
+---------------------+
| node2               |
+---------------------+
1 rowin set (0.00 sec)
 
MariaDB [nova]>
 
五、nova配置文件:
[DEFAULT]
my_ip=172.16.254.63
use_neutron = True
firewall_driver = nova.virt.firewall.NoopFirewallDriver
enabled_apis=osapi_compute,metadata
 
[api]
auth_strategy = keystone
 
[api_database]
 
[barbican]
 
[cache]
 
[cells]
 
[cinder]
os_region_name = RegionOne
 
[cloudpipe]
 
[conductor]
 
[console]
 
[consoleauth]
 
[cors]
 
[cors.subdomain]
 
[crypto]
 
[database]
 
[ephemeral_storage_encryption]
 
[filter_scheduler]
 
[glance]
api_servers = http://controller:9292
 
[guestfs]
 
[healthcheck]
 
[hyperv]
 
[image_file_url]
 
[ironic]
 
[key_manager]
 
[keystone_authtoken]
memcached_servers = controller:11211
auth_type = password
project_domain_name = default
user_domain_name = default
project_name = service
username = nova
password = nova
 
[libvirt]
virt_type=qemu
 
[matchmaker_redis]
 
[metrics]
 
[mks]
 
[neutron]
auth_type = password
project_domain_name = default
user_domain_name = default
region_name = RegionOne
project_name = service
username = neutron
password = neutron
service_metadata_proxy = true
metadata_proxy_shared_secret = METADATA_SECRET
 
[notifications]
 
[osapi_v21]
 
[oslo_concurrency]
lock_path=/var/lib/nova/tmp
 
[oslo_messaging_amqp]
 
[oslo_messaging_kafka]
 
[oslo_messaging_notifications]
 
[oslo_messaging_rabbit]
 
[oslo_messaging_zmq]
 
[oslo_middleware]
 
[oslo_policy]
 
[pci]
[placement]
os_region_name = RegionOne
auth_type = password
project_name = service
project_domain_name = Default
username = placement
password = placement
user_domain_name = Default
 
[quota]
 
[rdp]
 
[remote_debug]
 
[scheduler]
 
[serial_console]
 
[service_user]
 
[spice]
 
[ssl]
 
[trusted_computing]
 
[upgrade_levels]
 
[vendordata_dynamic_auth]
 
[vmware]
 
[vnc]
enabled=true
vncserver_listen=$my_ip
vncserver_proxyclient_address=$my_ip
 
[workarounds]
 
[wsgi]
 
[xenserver]
 
[xvp]
posted @ 2021-07-27 12:05  uplee  阅读(973)  评论(0编辑  收藏  举报