OpenStack架构及核心组件

• 一 OpenStack架构
• • OpenStack概念架构图
  • OpenStack逻辑架构
  • OpenStack组件通信关系
  • OpenStack物理架构
• OpenStrack模块介绍

OpenStack作为开源，可扩展，富有弹性的云操作系统，其设计基本原则

按照不同的功能和通用性划分不同的项目，拆分子系统
a.按照不同的功能划分不同的服务，并且服务之间相互隔离，只通过API作为统一交互入口相互对接
b.按照功能和通用性划分不同服务，将一个整理功能划分为各个子服务/子功能，方便管理，排障
按照逻辑计划，规范子系统之间的通信
a.API之间进行交互会有特定/通用的方式对不同组件之间的通讯方式进行规范
b.性质：隔离，各个子功能模块之间只会通过一个公共的API进行交互/通讯
c.各个子功能模块遵循一些规范进行通信（API HTTP）

通过分层设计整个系统架构
分层（以架构为单位），三层：

a.全局组件
b.辅助组件
c.核心组件

以单个核心服务/组件进行分层：

a.API(只通过API进行内外部交互，内部：核心组件；外部：openstack相对应核心组件内部而言为外部)
b.子功能模块（单个核心服务，参照物：维度）
c.其它（每个核心组件各自特色，个性化组件）

以上之间都可以通过消息队列/代理（rabbitmq）进行通讯。
作为组件与组件之间通讯/交互/数据传输的载体以解决单个服务的通讯方式瓶颈

API(预处理)

1.向keystone进行申请认证请求的合法性和权限
2.下发任务，会根据请求的功能需求，将不同的任务交给不同的组件来完成，统一收集结果和需要提供的资源，整合在一起，响应请求。

3.不同的功能子系统间提供统一的API接口
各组件之间通过统一的API接口进行交互/通讯/数据传输/调用

以架构维度来看的话
分为：全局组件，核心组件，辅助组件

全局组件：
Keystone：身份认证服务，提供认证，管理全局权限，认证和授权的组件
Ceilometer：计量服务，监控，监控整个集群架构的状态
Horizon：控制面板服务，可以使用openstack架构中的所有功能

核心组件：
维持openstack虚拟机/示例正常运行的组件
Nova：管理实例的生命周期，并负责调取以上四个资源给虚拟机使用
Glance：提供镜像服务
Neutron：提供网络服务
Swift：提供对象存储资源
Cinder：提供块存储资源
由nova将资源收集整合，统一提供给虚拟机
如果要添加其他一些功能，关联，调用一些功能组件的API或者把功能对应的API暴露出来后，供给其它组件去对接，调用（openstack的灵活性）
辅助组件：
Ironic：裸金属（裸机）提供基本的硬件资源
Trove：数据库，管理数据库的服务（关系，非关系）；存储openstack实例数据，各组件之间调用，使用情况；日志文件
Heat/Sahara：对数据进行分析，编排，处理，精细化管理

1.首先展示了内部核心组件，辅助组件，全局组件
2.各核心/辅助组件组件是怎么对接的（API对接，通讯方式可以为消息代理）
3.展示了各组件中，一部分核心的功能模块
4.展示OpenStack原生架构（基础）

第三方功能模块
1.辅助原生架构的组件可以更完善更合理的运行
2.增加一些功能（原生架构没有或者不完善的--特定场景）

解析

 全局，架构层面
OpenStack包括若干个称为OpenStack服务的独立组件，所有服务均可通过一个公共身份服务进行身份验证，除了那些需要管理权限的命令，每个服务之间均可通过公共API进行交互

1.以架构的维度来理解：
OpenStack分为多个核心组件，核心组件之间只/仅通过一个公共的API进行对接/通讯。同时每个核心组件，都由一个对立的用户进行管理（会对用户授权）

2.使用http进行交互
httpd承载API
HTTPD提供一个展示web页面的方式，并且表示是以HTTP进行通讯

单个服务，核心组件（维度）
每个OpenStack服务又由若干组件组成。包含多个进程。所有服务至少有一个API进程，用于侦听API请求，对这些请求进行预处理，并将它们传送到该服务的其它组件。除了认证服务，实际工作都是由具体的进程完成的

restful请求：外部想要访问/查询/调用，内部的资源的请求
API负责接收请求，对请求进行预处理，并且把它们发给后端对应的功能模块，它本身不负责具体过程处理

预处理:
1.API向keystone进行权限认证
2.根据请求需求把请求分发给对应的功能模块进行处理 

至于一个服务的进程之间通信，则使用AMQP消息代理，服务的状态存储在数据库中

以核心组件维度来理解
1.API
2.子功能模块
3.其它（rabbitmq 消息队列）

使用AMQP消息代理原因

因为以服务本身拥有的消息传递和消息交互的通讯方式，进行通讯与数据传输会存在严重的瓶颈问题
openstack本身架构非常的复杂，庞大，处理的数据量非常多时，消息传递速率，效率及合理性会有一个严格的划分，需要使用一个队列（AMQP消息代理）去作为中间的承载，而这样的一个服务叫rabbitmq（消息队列）

openstack内部根据功能可以划分不同的通讯方式

1.基于AMQP协议的通信

  用于每个项目内部各个组件之间的通信

2.基于SQL的通信

  用于各个项目内部的通信

3.基于HTTP协议进行通信

  通过各项目的API建立的通信关系，API都是RESTful Web API

解析：

RESTful：标准化通讯协议
httpd->提供了一个可视化的web页面（http承载API）->API->API会有自己的具体位置，而这个具体的位置可以是URL（域名，网址）
http通过域名与域名，IP地址+端口进行通信

openstack中的API是一个很核心的概念
restful：是一种交互/通讯的规范
web：由Apache承载API，Apache提供了一个Web展示页面
API：组件和组件对接的技术（点到点）
URL->对接->URL（域名）
endpoint--->endpoint(端点)

OpenStack是一种模块化的设计
HTTPD也是一种模块化的设计

4.通过Native API实现通信

  OpenStack各组件（原生架构）和第三方软硬件(外部组件)之间的通信

组件分析：

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。（这四个节点也可以单机部署）
其中：

提供者网络openstack架构内部网络                     
自服务网络：负责连通外部，与存储服务器集群进行关联

控制节点(调度器)

控制节点(调度器)
负责对其余几点的控制，包含虚拟机创建、迁移、网络分配、存储分配等等

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

a.管理支持服务:包含数据库与消息代理服务

数据库作为基础/扩展服务产生的数据存放的地方
消息代理服务（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

b.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等数据库存储认证信息

Glance：镜像管理服务，提供了对虚拟机部署的时候所能提供镜像的管理、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管理、使用Nova-API（入口节点）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的管理界面

Horizon：控制台服务，提供了以Web形式对所有节点的所有服务的管理，通常把该服务成为Dashboard

c.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先关、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的资源的初始化，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，并记录这些书库，读数据进行分析在一定条件下出发现货供应动作
控制节点通常来说只需要一个网络端口来用于通信和管理各个节点

解析
控制节点：（把控全局）统一管理，处理事务；并且进行分析后返回给客户，系统平台，运维人员
MySQL：Ceilometer计量服务统计数据的存储
RabbitMQ:消息代理。架构层：组件与组件之间的通讯，单个组件内部子功能模块之间的通讯

基础服务：集中化管理

网络接口：网卡
1.以网络层面，管理其它节点即以一种网卡类型去管理或者做一种类型的职能
2.以网卡职能划分网络类型，管理网络
管理网络：管理其它节点，
其它节点的管理网络：接受其它控制节点请求，且通过管理网络把数据返回

配置文件中，指定对接网卡的编号
每个网卡有不同的职能，有对应的网卡编号，

控制节点：分发任务，主要管理其它节点（管理者）
控制节点可以跑实例资源（处理具体任务）

计算节点
负责虚拟机运行
计算节点架构
计算节点包含Nova、Neutron、Telemter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

2.扩展服务

Telmeter:提供计算节点监控代理、将虚拟机的情况反馈的控制节点，是Centimeter的代理服务

计算节点包含最少两个网络端口

端口1：与控制节点进行通信，受控制节点统一调配
端口2：与网络节点，存储节点进行通信
解析
计算节点：
（负责一些具体的实例的创建，资源管理，各种精细化具体操作）

基础服务：
Nova：
1.实例生命周期的管理
2.负责调用底层VMM的资源供给虚拟机使用

网络插件代理：
通过插件和代理来实现网络二层，三层的具体功能

扩展服务：
Ceilometer Agent
   计量     代理
定向管理，监控，并且统计资源，把资源给控制节点中的Ceilometer，计算出资源使用量，按量收集

管理网络：接受控制节点的调度管理
数据网络：与数据库进行对接，把资源存储在数据库中

网络节点
负责对外网络与内网之间的通信
网络节点架构
网络节点仅包含Neutron服务

Neutron：负责管理私有网络与公有网络的通信，以及管理虚拟机网络之间通信/拓扑、管理虚拟机之上的防火墙等等

网络节点包含三个网络端口

端口1：用于与控制节点进行通信。
端口2：用于除了控制节点之外的计算/存储节点之间的通信
端口3：用于外部的虚拟机与相应的网络之间通信 
解析
网络节点：
(提供了openstack架构内各个组件，节点之间通讯）
与计算机中数据网络相互关联

基础服务Neutron：网络资源的具体实现

管理网络：eth1 接受控制节点的任务调度，通过不同的接口类型（网卡）去实现整个openstack中，架构的互相调用和控制
数据网络：eth2 数据库服务，数据信息的交互，提供数据资源
外部网络：eth3 只负责与外部第三方组件进行对比，关联，集成
存储节点
负责对虚拟机的额外存储管理等等
存储节点架构
存储节点包含Cinder，Swift等服务

Cinder：块存储服务，提供相应的块才能出，简单来说，就是虚拟出一块存盘，可以挂载到相应的虚拟机之上，不收文件系统的影响，对虚拟机来说，这个操作像是加了一块硬盘，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

Swift：对象存储服务，提供相应的独享存储、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端口

端口1：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
端口2：与计算/网络节点进行通信，完成控制节点下发的各类任务
解析
存储节点：提供存储服务
基础服务：Cinder Swift （存储服务）
openstack原生架构中的数据服务

数据管理：通过数据网络将资源供给计算节点中的实例使用

控制台Horizon（图形化界面）
   管理，控制OpenStack服务的Web控制面板
   openstack是一个架构，由多个节点服务器组成，这些服务器为实现同一个任务，而做虚拟化，将资源整合成一个整体，对外进行分配，使用
Horizon特点
   实例管理
   访问与安全管理
   偏好设定
   镜像管理
   用户管理
   卷管理
   对象存储处理
身份认证模块Keystone
   负责管理身份验证，服务规则和服务令牌功能的模块
Keystone涉及概念
    User（用户）
    Tenant/tone(租户/项目)互相独立
    Role（角色）不同用户，不同权限。权限分类
    Service（服务）
    Token（令牌）
    Endpoint（端点）
身份认证模块Keystone
Keystone涉及概念
Keystone工作流程图

镜像模块Glance
提供发现，注册和下载的镜像服务，虚拟机镜像的集中式仓库
通过虚拟机镜像创建虚拟机

Glance主要组件
   glance-api
   glance-registry
   database
   storage repository for image files
镜像的格式
   RAW         VDI
   QCOW2       ISO
   VHD         AKI,ARI,AMI
   VMDK
 网络模块Neutron
  实现实例与实例之间以及实例与外部网络之间的通信
  提供二层（L2）vSwitch交换和三层（L3）Router路由抽象功能
        内网                   外网
    
示例：openstack中根据镜像创建的虚拟机
实现功能
  Router：为用户提供路由，NAT等服务
  Network：对应于一个真实物理网络中的二层局域网（VLAN）
  Subnet：指定一段IPV4或IPV6地址并描述其相关的配置信息
虚拟网络
  对二层物理网络Network的抽象与管理(局域网之间通信，vm之间)
     虚拟交换机/网桥
     虚拟路由器
     Namespace 
     DHCP
     浮动IP地址
组网模型
  Local
  Flat  
  VLAN
  Overlay之VXLAN（内部为二层物理。通过隧道进行传输数据信息）

块存储Cinder
   提供对Volume从创建到删除整个生命周期的分类
 Cinder功能
   提供REST API
   调度Volume创建请求，合理优化存储资源的分配
   支持多种back-end（后端）存储方式

Cinder组件
    Cinder-Api               Cinder-Backup：
    Cinder-Volume            Message Queue
    Cinder-Scheduler         Database

对象存储swift
 使用普通硬件来构建冗余的，可扩展的分布式对象存储集群。存储容量可达PB级
 Swift属于对象存储，用于永久类型的静态数据的长期存储（如虚拟机镜像，图片存储，邮件存储和存档备份）

Swift特点
 极高的数据持久性，          为单点故障
 完全对称的系统架构          简单，可依赖
 无限的可扩展性

Swift组件
代理服务(ProxyServer)                                                            
认证服务(AuthenticationServer)                                                
缓存服务(CacheServer)                                                             
账户服务(AccountServer)                                                             
容器服务(ContainerServer)                                                           
对象服务(ObjectServer)                                                       
复制服务(Replicator)
更新服务(Updater)
审计服务(Auditor)
账户清理服务(AccountReaper)

Swift存储结构
    Objects
   Accounts
  Containers
     Tmp
 async_pending
  quarantined