OpenStack

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。

OpenStack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。

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：

1. 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
2. 计算节点负责虚拟机运行
3. 网络节点负责对外网络与内网络之间的通信
4. 存储节点负责对虚拟机的额外存储管理等等

硬件虚拟化KVM技术：

Kernel-based Virtual Machine的简称，是一个开源的系统虚拟化模块，自Linux 2.6.20之后集成在Linux的各个主要发行版本中。它使用Linux自身的调度器进行管理，所以相对于Xen，其核心源码很少。KVM目前已成为学术界的主流VMM之一。

KVM的虚拟化需要硬件支持（如Intel VT技术或者AMD V技术)。是基于硬件的完全虚拟化。而Xen早期则是基于软件模拟的Para-Virtualization，新版本则是基于硬件支持的完全虚拟化。但Xen本身有自己的进程调度器，存储管理模块等，所以代码较为庞大。广为流传的商业系统虚拟化软件VMware ESX系列是基于软件模拟的Full-Virtualization。

OpenStack与KVM的解决方案:

目前，新版本开发代号为Essex。此前发布有四个版本：Austin、Bexar、Cactus与Diablo。新版本发布包含云计算控制中心Nova、镜像服务Glance、认证服务Keystone和Dashboard项目Horizon，也包括对象存储项目Swift。

由此可以看出，OpenStack是一个框架，一个可以建立公有云和私有云的基础架构。它并不是一个现成的产品，要想开展基础架构方面的工作，企业需要顾问和开发人员。很多时候还需要第三方的集成工具。

OpenStack几乎支持所有的虚拟化管理程序，不论是开源的（Xen与KVM）还是厂商的（Hyper-V与VMware）。但在以前，OpenStack是基于KVM开发的，KVM常常成为默认的虚拟机管理程序。两者都使用相同的开放源理念与开发方法。

如今，多数企业用户在IT环境中使用了超过一种的虚拟化软件，有一半的用户选择将开源产品作为性价比更高的虚拟化替代方案。IDC报道中指出，OpenStack是KVM增长的一个巨大机会。OpenStack是一个具有巨大的行业发展动力，并拥有一个充满活力的社区的云计算平台，有95%的OpenStack平台由KVM驱动。因此，随着OpenStack的增长，KVM也会相应增长。

一、控制节点架构：

控制节点包括以下服务

1.    管理支持服务
2.    基础管理服务
3.    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

二、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

  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
• 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,

计算节点包含最少两个网络端口

• 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

五、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

5.1、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：

1.  令牌服务：含有授权用户的授权信息
2.     目录服务：含有用户合法操作的可用服务列表
3.     策略服务：利用Keystone具体指定用户或群组某些访问权限

5.2、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：　

1. 实例生命周期管理
2. 计算资源管理
3. 网络与授权管理
4. 基于REST的API
5. 异步连续通信
6. 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：

1. API Server（nova-api）
2. 消息队列（rabbit-mq server）
3. 运算工作站（nova-compute）
4. 网络控制器（nova-network）
5. 卷管理（nova-volume）
6. 调度器（nova-scheduler）

5.3、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、检索系统等镜像相关服务，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。

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。

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。

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