OpenStack 基礎介紹03——各組件綜述之Nova
前面，我們通過兩篇文章介紹了 OpenStack 整體概念，接下來我們將對其進行展開，在此之前，我們總體來聊一下 OpenStack 的各組件，以增強對基礎理解。
1 哪些內容需要我們理解？
為了提高針對性，我們將帶著對如下 17 個疑問來對 OpenStack 組件進行學習。
（1）OpenStack 雲實例生命期所需的各種動作都將由那個組件來進行處理和支撐？
（2）Nova 是否具有虛擬能力？
（3）那個組件負責管理整個雲的計算資源、網路、授權及測度？
（4）Nova 有幾部分組成？
（5）消息隊列的什麼機制使得 OpenStack 整個系統高效？
（6）Nova 的那個組件負責實例的生命周期？
（7）調度器負責與 nova-API 的關係是什麼？
（8）Nova 調度器使用了哪幾種基本調度演算法？
（9）Glance 的作用是什麼？
（10）鏡像都存儲在什麼位置？
（11）Glance 構件構成是什麼？
（12）那個組件內建冗餘和失效備援管理，也能夠處理歸檔和媒體流，特別是對大數據（千兆位元組）和大容量（多對象數量）的測度非常高效？
（13）Swift 組件包含機部分？
（14）Swift 中物理存儲對象的位置信息由誰來管理？
（15）哪個組件提供 OpenStack 組件提供認證和訪問策略服務？原理是什麼？
（16）keystone 除了用戶名和密碼授權，另外一種授權是什麼方式？
（17）OpenStack 管理的 Web 介面是什麼？
2 OpenStack 各組件介紹
OpenStack 是面向 IaaS 服務的，即基礎架構雲平台。該平台的可以比喻成一個生產虛擬化基礎架構的車間。這個車間主要生產 a. 虛擬機實例，b. 虛擬存儲塊，c. 虛擬網段等雲服務組件，而每種服務組件都有相應的「車間主任」進行管理、調度和分配，這裡的「車間主任」就是 OpenStack 雲平台的管理模塊，下面對 OpenStack 的管理模塊進行介紹：
在 OpenStack 諸多組件模塊中，包括 7 個重要的管理模塊：
（1）Nova - 計算服務
（2）Glance - 鏡像服務
（3）Swift - 對象存儲服務
（4）Keystone - 認證服務
（5）Cinder - 塊存儲服務
（6）Neutron - 網路服務
（7）Horizon - UI服務
這些核心組件的基本工作原理如下：
通過上圖可見，在制定好的雲系統平台上，用戶在經 KeyStone 模塊授權後（Provide Auth），通過 Horizon 或 RestAPI 模式創建虛擬機服務。
創建過程包括了利用 Nova 模塊創建虛擬機實例（VM Provision），該 VM 採用了 Glance 模塊提供的鏡像服務（Provide Image），然後用 Neutron 模塊為新建的 VM 分配 IP 地址，把其納入到虛擬網路中（Provide network connectivity），之後再通過 Cinder 模塊創建的 Volume 為 VM 掛載存儲塊。整個過程都在 Cellometer 模塊的資源監控下（Monitors)，Cinder 產生的 Volume 和 Glance 提供的 Image 可以通過 Swift 的對象存儲機制進行保存。
通過以上解析我們可以看到 OpenStack 雲平台服務的提供主要是依靠 Nova、Glance、Cinder 和 Neutron 四個核心模塊完成的，相對四個輔助模塊 Horizon、Cellometer、Keystone、Swift 提供的訪問、監控、許可權和對象存儲功能
上面這幾個核心組件我們經常接觸到，但未必真正了解，下面讓我們來認識一下吧。
2.1 外部組件
圓形為 OpenStack 組件，矩形為外部組件，先介紹一下外部組件：
（1）RabbitMQ, Qpid, ZeroMQ 為消息隊列。
（2）xapi+XCP, xapi+XenServer, libvirt+KVM, libvirt+QEMU, libvirt+LXC, libvirt+VMWare 為虛擬化技術。
（3）LVM+IET, LVM+tgt, Xen Storage Manager, SAN (Solaris, HP, SolidFire), NexentaStor, NetApp, Ceph, Sheepdog 為外部擴展 iscsi 存儲，用來掛載遠程塊存儲設備。
（4）MySQL, PostgreSQL, sqlite 為資料庫。
（5）Apache, Nginx 為 web 伺服器。
（6）memcache, any Django-supported database backend (e.g., MySQL, PostgreSQL, sqlite)為會話緩存技術。
（7）floating IP 為伺服器對外網路 IP，fixed IP 為虛擬機網段 IP。
2.2OpenStack 組件
以下是 OpenStack 組件簡介：
（1）nova-compute 通過虛擬驅動技術管理虛擬機，一般採用 KVM+libvirt 或 XCP+xapi 技術。
（2）nova-network 通過 linux 網路技術實現虛擬機與物理伺服器的通信，Dnsmasq 與DHCP 伺服器相似，向虛擬機分發 IP。（F 版為 Quantum，G 版為 Neutron）
（3）nova-volume 利用 LVM 創建和管理本地磁碟卷，使用 IET 或 tgt 實現 iSCSI。(F 版為 Cinder)
（4）openstack-dashboard 基於 Django 的 web 應用，使用 apache web 伺服器，默認使用 memcache 做會話緩存，novnc 通過 VNC 技術遠程控制虛擬機節點。
3 OpenStack 計算設施 —— Nova
Nova 是 OpenStack 計算的彈性控制器。
這個模塊很重要，可以說是 OpenStack 最核心的模塊，以至於在 OpenStack 的初期版本里大部分的雲系統管理功能都是由該模塊負責管理的，只不過後來為了減輕該「車間主任」的壓力，也便於功能分配管理，才把虛擬存儲、網路等部分分離出來，而使該模塊主要負責雲虛擬機實例（Compute 或 Instance) 的生成、監測、終止、授權及測度等管理功能（問題 1 和 3）。
Nova 本身並不提供任何虛擬能力（問題 2），它由 nova-compute 模塊通過 libvirt、XenAPI 等管理 hypervisor，從而管理虛機，此外它還通過 nova-api 服務向外提供如 EC2（亞馬遜彈性計算雲） 兼容、管控功能等的介面（問題 17），通過 nova-scheduler 模塊提供虛機調研邏輯等；這些模塊間的通信全部通過消息隊列完成。
功能及特點：實例生命周期管理、計算資源管理、網路與授權管理、基於 REST 的API、非同步連續通信、支持各種宿主：Xen、XenServer/XCP、KVM、UML、VMware vSphere及 Hyper-V。
3.1 Nova 包含以下主要部分（問題 4）
API Server（nova-api）、消息隊列（rabbit-mq server）、運算工作站（nova-compute）、網路控制器（nova-network）、卷管理（nova-volume）、調度器（nova-scheduler）。
（1）API 伺服器（nova-api）
API 伺服器提供了雲設施與外界交互的介面，它是外界用戶對雲實施管理的唯一通道。通過使用 web 服務來調用各種 EC2 的 API，接著 API 伺服器便通過消息隊列把請求送達至雲內目標設施進行處理。作為對 EC2-api 的替代，用戶也可以使用 OpenStack 的原生API，我們把它叫做「OpenStack API」。
（2）消息隊列（Rabbit MQ Server）
OpenStack 內部在遵循 AMQP（高級消息隊列協議）的基礎上採用消息隊列進行通信。Nova 對請求應答進行非同步調用，當請求接收後便則立即觸發一個回調。由於使用了非同步通信，不會有用戶的動作被長置於等待狀態（問題 5）。例如，啟動一個實例或上傳一份鏡像的過程較為耗時，API 調用就將等待返回結果而不影響其它操作，在此非同步通信起到了很大作用，使整個系統變得更加高效。
（3）運算工作站（nova-compute）
運算工作站的主要任務是管理實例的整個生命周期（問題 6）。他們通過消息隊列接收請求並執行，從而對實例進行各種操作。在典型實際生產環境下，會架設許多運算工作站，根據調度演算法，一個實例可以在可用的任意一台運算工作站上部署。
（4）網路控制器（nova-network）
網路控制器處理主機的網路配置，例如IP地址分配，配置項目 VLAN，設定安全群組以及為計算節點配置網路。
（5）卷工作站（nova-volume）
卷工作站管理基於 LVM（邏輯卷管理的簡寫，它是 Linux 環境下對磁碟分區進行管理的一種機制，通過 LVM，用戶在無需停機的情況下可以方便地調整各個分區大小） 的實例卷，它能夠為一個實例創建、刪除、附加卷，也可以從一個實例中分離卷。
卷管理非常重要！因為它提供了一種保持實例持續存儲的手段，比如當結束一個實例後，根分區如果是非持續化的，那麼對其的任何改變都將丟失。可是，如果從一個實例中將卷分離出來，或者為這個實例附加上卷的話，即使實例被關閉，數據仍然保存其中。這些數據可以通過將卷附加到原實例或其他實例的方式而重新訪問。
因此，為了日後訪問，重要數據務必要寫入卷中。這種應用對於數據伺服器實例的存儲而言，尤為重要。
（6）調度器（nova-scheduler）
調度器負責把 nova-API 調用送達給目標（問題 7）。調度器以名為「nova-schedule」的守護進程方式運行，並根據調度演算法從可用資源池中恰當地選擇運算伺服器。有很多因素都可以影響調度結果，比如負載、內存、子節點的遠近、CPU 架構等等。強大的是 nova 調度器採用的是可插入式架構。
目前 Nova 調度器使用了幾種基本的調度演算法（問題 8）：
（1）隨機化：主機隨機選擇可用節點；
（2）可用化：與隨機相似，只是隨機選擇的範圍被指定；
（3）簡單化：應用這種方式，主機選擇負載最小者來運行實例。負載數據可以從別處獲得，如負載均衡伺服器。
通過今天的文章，各位小夥伴對 OpenStack 各組件的認識是否更加完整了呢？如果有興趣，各位可以對 OpenStack 進一步展開研究，而且我們關於這個話題的分享也將繼續。
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