云计算Openstack Cinder

OpenStack Cinder是OpenStack平台中的一个重要组件，它主要提供块存储服务。

一、基本概念

• 定义：Cinder是OpenStack项目中的一个模块，专注于为云计算环境中的虚拟机提供持久化的块存储服务。
• 功能 ：Cinder允许用户创建和管理持久化的块设备，如硬盘，这些设备可以附加到虚拟机实例上，实现数据的持久性和可靠性。
  

二、主要组件

• API服务器：提供REST API接口，与其他组件和用户进行交互。用户可以通过API创建、删除或修改卷。
• 卷管理器（Volume Manager）：负责卷的创建、删除、调整大小等操作，还处理卷和虚拟机实例之间的附加和分离。
• 调度器（Scheduler）：根据用户定义的策略，将卷分配给适当的存储后端。它考虑存储后端的可用性、性能和容量等因素。
• 存储后端（Storage Backends）：Cinder支持多种类型的存储后端，如本地磁盘、网络附加存储（NAS）、存储区域网络（SAN）等，实际存储和管理卷。
• 卷状态和信息数据库：用于存储卷的状态和元数据信息，如卷的大小、类型、状态等。

三、主要功能

1. 卷管理：

• 支持卷的创建、删除、扩容和缩小。
• 管理员可以通过API或命令行接口指定卷的大小、类型、名称和描述等信息。

2. 卷快照：

• 支持对现有卷的某个时刻的状态进行备份，可以用于数据的保护和还原。
• 管理员可以通过API或命令行接口创建、删除和还原卷快照。

3. 卷的迁移和复制：

• 支持卷的迁移，即将卷从一个存储后端迁移到另一个存储后端。
• 支持在同一存储后端中复制卷。
• 管理员可以通过API或命令行接口进行卷的迁移和复制。

4. 备份和还原：

• 支持卷的备份和还原，将卷的数据备份到其他地方进行保护。
• 管理员可以通过API或命令行接口创建、删除和还原卷的备份。

5. 多租户支持：

• 为不同的租户提供独立的块存储服务，并可以限制不同租户的配额和权限。

6. 高可用性和容错性：

• 支持多副本和数据冗余，同时还支持故障转移和自动恢复，确保存储服务的可用性和数据的安全性。

四、使用场景

Cinder广泛应用于云计算环境中，为虚拟机提供持久的块存储服务。它可以满足用户对存储资源的灵活性和可扩展性的需求，支持按需分配存储资源，降低存储和管理成本。

1. 云服务器：
   Cinder可以作为云服务器的后端存储，提供高效的块存储服务。用户可以在云服务器上运行各种应用程序，并将数据存储在Cinder中，以保证数据的可靠性和可用性。
2. 虚拟机：
   Cinder为虚拟机提供镜像的块存储服务。虚拟机可以在云环境中快速创建和部署，而Cinder则为其提供高效、稳定的存储支持，确保虚拟机的正常运行。
3. 容器：
   随着容器技术的兴起，Cinder也可以作为容器的后端存储，为容器镜像提供块存储服务。容器是一种轻量级的虚拟化技术，可以快速创建和部署应用程序，而Cinder则为其提供可靠和高效的存储支持。
4. 其他应用：
   Cinder还适用于其他多种应用场景，如在线游戏、视频处理、科学计算等。它可以与OpenStack的其他组件（如Nova和Swift）集成，为用户提供完整的云存储解决方案。

五、安装与配置

安装和配置OpenStack Cinder需要遵循一定的步骤，包括创建数据库、服务凭证和API节点，安装软件包，编辑配置文件等。具体过程可以参考OpenStack官方文档或相关教程。

1、安装前准备

1. 创建数据库
   在控制节点上，为Cinder服务创建数据库并授权。以MySQL为例，可以使用如下命令：

mysql -u root -p  
CREATE DATABASE cinder;  
GRANT ALL PRIVILEGES ON cinder.* TO 'cinder'@'localhost' IDENTIFIED BY 'CINDER_DBPASS';  
GRANT ALL PRIVILEGES ON cinder.* TO 'cinder'@'%' IDENTIFIED BY 'CINDER_DBPASS';  
FLUSH PRIVILEGES;  
exit;

其中，CINDER_DBPASS是Cinder数据库用户的密码，请根据实际情况替换。

2. 创建身份认证证书
   在OpenStack环境中，通常需要为Cinder服务创建一个用户，并分配相应的角色和权限。这可以通过OpenStack的命令行工具（如openstack CLI）完成。例如：

source admin-openrc.sh  # 加载admin用户的客户端脚本  
openstack user create --password-prompt cinder  
openstack role add --project service --user cinder admin  
openstack service create --name cinder --description "OpenStack Block Storage" volume  
openstack service create --name cinderv2 --description "OpenStack Block Storage" volumev2  
openstack endpoint create --publicurl http://controller:8776/v2/%\(tenant_id\)s --internalurl http://controller:8776/v2/%\(tenant_id\)s --adminurl http://controller:8776/v2/%\(tenant_id\)s --region RegionOne volume  
openstack endpoint create --publicurl http://controller:8776/v3/%\(project_id\)s --internalurl http://controller:8776/v3/%\(project_id\)s --adminurl http://controller:8776/v3/%\(project_id\)s --region RegionOne volumev3

请注意，上述命令中的controller应替换为实际的控制节点主机名或IP地址，并且根据OpenStack的版本和配置，可能需要创建不同版本的endpoint。

2、安装Cinder

在控制节点和存储节点上安装Cinder。安装方法取决于使用的Linux发行版。以Ubuntu为例，可以使用apt-get命令：

sudo apt-get update  
sudo apt-get install cinder-api cinder-scheduler cinder-volume

在存储节点上，通常只需要安装cinder-volume组件。

3、配置Cinder

1. 配置数据库连接
   编辑Cinder的配置文件（通常是/etc/cinder/cinder.conf），配置数据库连接信息：

[database]  
connection = mysql+pymysql://cinder:CINDER_DBPASS@controller/cinder

请将CINDER_DBPASS替换为实际的数据库密码，controller替换为控制节点的主机名或IP地址。

2. 配置认证服务

在配置文件中，还需要配置认证服务的访问信息，以便Cinder能够与Keystone进行交互：

[keystone_authtoken]  
auth_uri = http://controller:5000  
auth_url = http://controller:35357  
auth_plugin = password  
project_domain_name = Default  
user_domain_name = Default  
project_name = service  
username = cinder  
password = CINDER_PASS

请将CINDER_PASS替换为Cinder用户的密码，其他信息根据实际情况填写。

3. 配置消息队列
   Cinder使用RabbitMQ作为消息队列，需要在配置文件中配置RabbitMQ的访问信息：

[oslo_messaging_rabbit]  
rabbit_host = controller  
rabbit_userid = openstack  
rabbit_password = RABBIT_PASS

请将RABBIT_PASS替换为RabbitMQ用户的密码，controller替换为RabbitMQ服务器的主机名或IP地址。

4. 其他配置

根据实际需求，可能还需要配置存储后端、卷类型、日志记录等。这些配置通常在[DEFAULT]、[lvm]等部分进行。

4、初始化数据库并启动服务

在控制节点上，使用cinder-manage命令初始化数据库：

sudo su -s /bin/sh -c "cinder-manage db sync" cinder

然后，启动Cinder服务：

sudo service cinder-api restart  
sudo service cinder-scheduler restart  
sudo service cinder-volume restart

在存储节点上，只需启动cinder-volume服务。

5、验证配置

安装和配置完成后，可以通过OpenStack Dashboard或命令行工具验证Cinder服务的配置是否正确。例如，可以创建一个卷并尝试将其附加到虚拟机实例上。

请注意，上述步骤和命令可能因OpenStack的版本和配置而有所不同。因此，在实际操作中，请参考OpenStack的官方文档或相关教程。

六、通用命令

OpenStack Cinder提供了丰富的命令行工具，允许用户通过命令行界面对块存储服务进行管理和操作。以下是一些常用的Cinder命令行操作：

1. 查看Cinder服务状态：

cinder service-list

该命令用于查看Cinder服务的状态，包括服务名称、主机、状态等信息。

2. 创建块存储卷：

cinder create --display-name my_volume --size 1

该命令用于创建一个新的块存储卷，其中--display-name指定卷的名称，--size指定卷的大小（单位为GB）。

3. 查看块存储卷列表：

cinder list

该命令用于列出当前存在的所有块存储卷。

4. 挂载块存储卷：
   将块存储卷挂载到指定的虚拟机上通常需要使用Nova命令（因为Cinder主要负责存储管理，而Nova负责虚拟机管理），但Cinder命令可用于准备卷以进行挂载。挂载后，使用Nova命令进行实际的挂载操作。
5. 卸载块存储卷：
   同样，卸载操作也主要由Nova命令完成，但Cinder命令可用于准备卷以进行卸载。
6. 删除块存储卷：

cinder delete <volume_id>

该命令用于删除指定的块存储卷。

7. 备份与恢复：

cinder backup-create <volume>  
cinder backup-delete <backup>  
cinder backup-list

这些命令用于创建、删除和列出卷的备份。

8. 快照管理：

cinder snapshot-create <volume>  
cinder snapshot-delete <snapshot>  
cinder snapshot-list

这些命令用于对卷进行快照操作，包括创建、删除和列出快照。

9. 查询与修改卷信息：

cinder show <volume>  
cinder rename <volume> <new_name>  
cinder reset-state <volume> --state available

这些命令用于查询卷的详细信息、重命名卷以及重置卷的状态。

10. 卷迁移与复制：

Cinder支持卷的迁移和复制功能，但具体的命令行操作可能因版本和配置而异。通常，这些操作需要通过特定的API或扩展工具来完成。

七、API服务器

1、功能概述

Cinder API服务器的主要功能包括：

1. 提供REST API：允许用户通过HTTP请求查询和管理卷（volume）、卷快照（volume snapshot）以及卷类型（volume type）等存储资源。
2. 响应请求：接收来自客户端（如OpenStack Dashboard、命令行工具等）的请求，并调用Cinder的其他子组件（如cinder-volume、cinder-scheduler）来处理这些请求。
3. 验证和授权：在处理请求之前，通常会验证客户端的身份和权限，确保只有合法的用户才能访问存储资源。

2、架构与部署

1. 架构：

• Cinder API服务器是Cinder组件的门户，它与其他Cinder组件（如cinder-volume、cinder-scheduler）以及OpenStack的其他组件（如Nova、Keystone）进行交互。
• 它通过REST API提供统一的接口，使得用户可以方便地管理和操作存储资源。

2. 部署：

• Cinder API服务器可以单独部署在一个或多个节点上，以提供高可用性和负载均衡。
• 在部署时，需要配置相应的网络、存储和安全设置，以确保Cinder API服务器能够正常运行并与其他组件安全通信。

3、操作与管理

1. 创建卷：

• 用户可以通过Cinder API发送HTTP POST请求来创建一个新的卷。请求中需要包含卷的名称、大小、类型等参数。
• Cinder API服务器接收到请求后，会调用cinder-scheduler来选择合适的存储节点，并调用cinder-volume在该节点上创建卷。

2. 查询卷：

• 用户可以通过Cinder API发送HTTP GET请求来查询卷的列表或特定卷的详细信息。
• Cinder API服务器会根据请求的参数返回相应的卷信息。
  修改和删除卷：
• 用户还可以通过Cinder API发送HTTP PUT或DELETE请求来修改或删除卷。
• 这些操作同样需要Cinder API服务器与cinder-volume等组件进行交互来完成。

4、安全性与可靠性

1. 安全性：

• Cinder API服务器支持HTTPS协议，可以加密客户端和服务器之间的通信数据，保护用户信息的安全。
• 同时，Cinder还提供了基于角色的访问控制（RBAC）等安全机制，以确保只有具有相应权限的用户才能访问存储资源。

2. 可靠性：

• Cinder API服务器通常部署在高可用性的环境中，通过负载均衡和故障转移等技术来确保服务的连续性和可靠性。
• 此外，Cinder还提供了数据备份和恢复等机制，以保护用户数据的安全和完整性。

八、卷管理器

OpenStack Cinder卷管理器（Volume Manager）是Cinder组件中的核心部分，负责管理和操作块存储卷（volumes）的生命周期。以下是关于Cinder卷管理器的详细解析：

1、功能概述

1. 卷的创建与删除：

• 卷管理器负责接收来自Cinder API服务器的请求，根据请求中的参数（如大小、类型、名称等）在指定的存储后端上创建新的卷。
• 当卷不再需要时，卷管理器会处理来自Cinder API服务器的删除请求，确保卷被正确地从存储后端中移除。

2. 卷的调整：

• 支持卷的扩容和缩小操作。用户可以通过Cinder API发送请求来改变卷的大小，卷管理器会处理这些请求并确保数据的完整性和一致性。

3. 卷的附加与分离：

• 卷管理器还负责处理卷与虚拟机实例之间的附加和分离操作。当卷需要被挂载到虚拟机实例上时，卷管理器会确保卷被正确地附加到实例的指定接口上；当卷不再需要被挂载时，卷管理器会处理分离操作。

4. 卷的复制与迁移：

• 支持卷的复制和迁移功能。卷管理器可以将卷从一个存储后端复制到另一个存储后端，或者在同一个存储后端中复制卷。同时，也支持将卷从一个节点迁移到另一个节点，以提高系统的灵活性和可用性。

5. 卷的快照与备份：

• 卷管理器还负责管理卷的快照和备份操作。用户可以创建卷的快照来保存某个时刻的卷状态，以便后续恢复或分析。同时，卷管理器也支持将卷的数据备份到其他地方进行保护。

2、架构与部署

1. 架构：

• 卷管理器是Cinder组件中的一个独立服务，通常与其他Cinder子服务（如Cinder API服务器、Cinder调度器等）一起部署在OpenStack环境中。
• 它通过内部消息队列（如RabbitMQ）与其他Cinder子服务进行通信和协作，以完成卷的创建、管理、删除等操作。

2. 部署：

• 在部署Cinder时，需要配置卷管理器的相关参数，包括存储后端的类型、位置、凭证信息等。
• 根据实际需求，可以在不同的节点上部署多个卷管理器实例，以实现负载均衡和故障转移。

3、操作与管理

1. 命令行操作：

• 用户可以通过OpenStack的命令行工具（如openstack CLI）与卷管理器进行交互，完成卷的创建、删除、调整、附加、分离等操作。
• 例如，使用openstack volume create命令可以创建一个新的卷；使用openstack volume delete命令可以删除一个卷；使用openstack volume attach和openstack volume detach命令可以分别将卷附加和分离到虚拟机实例上。

2. Web界面操作：
   -除了命令行工具外，用户还可以通过OpenStack Dashboard（Horizon）等Web界面与卷管理器进行交互。这些界面提供了更直观、更友好的操作方式，使得用户可以更方便地管理卷资源。

九、调度器

OpenStack Cinder调度器（Scheduler）是Cinder组件中的一个重要部分，它负责根据用户定义的策略将卷（volume）创建请求分配给适当的存储后端。以下是关于Cinder调度器的详细解析：

1、功能概述

1. 请求调度：

• 当用户通过Cinder API发送卷创建请求时，Cinder调度器会接收这些请求，并根据预定义的调度策略和存储后端的可用性、性能、容量等因素，选择最合适的存储节点来创建卷。

2. 策略优化：

• Cinder调度器通过智能调度算法，优化存储资源的分配，确保系统的高效运行和资源的合理利用。

3. 后端支持：

• 它支持多种类型的存储后端，如本地磁盘、网络附加存储（NAS）、存储区域网络（SAN）等，可以根据实际需求进行选择和配置。

2、调度策略

Cinder调度器采用灵活的调度策略，用户可以根据实际需求进行配置。常见的调度策略包括：

1. 容量优先：

• 选择剩余容量最大的存储节点来创建卷，以确保系统有足够的空间来存储数据。

2. 性能优先：

• 选择性能最好的存储节点来创建卷，以满足对性能要求较高的应用场景。

3. 负载均衡：

• 尝试将卷创建请求分散到多个存储节点上，以实现负载均衡，提高系统的整体性能。

4. 自定义策略：

• 用户还可以根据实际需求编写自定义的调度策略，并将其集成到Cinder调度器中。

3、架构与部署

1. 架构：

• Cinder调度器是Cinder组件中的一个独立服务，通常与其他Cinder子服务（如Cinder API服务器、Cinder卷管理器等）一起部署在OpenStack环境中。
• 它通过内部消息队列（如RabbitMQ）与其他Cinder子服务进行通信和协作，以完成卷的调度和创建等操作。

2. 部署：

• 在部署Cinder时，需要配置调度器的相关参数，包括调度策略、存储后端的类型、位置、凭证信息等。
• 根据实际需求，可以在控制节点上部署Cinder调度器，以便集中管理所有存储节点的调度请求。

4、操作与管理

1. 配置调度策略：

• 用户可以通过修改Cinder配置文件（如cinder.conf）来配置调度策略。在配置文件中，可以指定调度器的类型、参数以及调度算法等。

2. 监控与调优：

• 管理员可以通过OpenStack的监控工具（如Ceilometer、Aodh等）来监控Cinder调度器的性能和状态，以便及时发现并解决问题。
• 根据监控结果，管理员可以对调度策略进行调整和优化，以提高系统的性能和可靠性。

十、存储后端

OpenStack Cinder存储后端是Cinder服务的重要组成部分，它负责为虚拟机提供持久性块存储设备。Cinder可以与多种存储后端技术集成，以满足不同场景下的需求。以下是对OpenStack Cinder存储后端的详细解析：

1、支持的后端类型

Cinder支持多种类型的存储后端，包括但不限于：

1. 本地存储：最简单的存储方式，即将虚拟机实例的块存储直接挂载到宿主机上。这种方式适用于对性能要求不高的场景，如测试环境。
2. 分布式文件系统：如GlusterFS、CephFS等。分布式文件系统可以将数据分布在多个物理节点上，提供高性能、高可用性和容错能力。
3. 对象存储：如Amazon S3、OpenStack Swift等。对象存储将数据以对象的形式进行管理，每个对象都有一个唯一的标识符，具有高度的可扩展性、持久性和安全性。
4. 块设备：如硬盘、固态硬盘等。Cinder支持与多种块设备集成，如EMC、IBM等厂商的存储设备。

2、配置过程

配置Cinder存储后端的过程可能因所选的后端类型而异，但一般包括以下步骤：

1. 环境准备：安装OpenStack组件及其必要的依赖。
2. 配置文件修改：打开Cinder的配置文件（如cinder.conf），添加或修改与所选后端相关的配置信息。例如，对于LVM后端，需要指定卷驱动、后端名称、卷组等信息。
3. 后端准备：根据所选的后端类型进行相应的准备工作。例如，对于LVM后端，需要创建物理卷和卷组；对于分布式文件系统或对象存储后端，需要配置和启动相应的服务。
4. 服务启动：启动Cinder服务，使配置生效。
5. 测试验证：通过创建和管理卷来测试Cinder存储后端是否正常工作。

3、特点与优势

1. 灵活性：Cinder支持多种存储后端，用户可以根据实际需求选择合适的存储方案。
2. 可扩展性：随着存储需求的增长，用户可以轻松地扩展存储后端，以满足虚拟机实例的存储需求。
3. 高可用性：通过配置分布式文件系统或对象存储等后端，Cinder可以提供高可用性的存储解决方案，确保数据的可靠性和持久性。
4. 易于管理：OpenStack提供了丰富的管理工具和API接口，用户可以方便地管理和监控Cinder存储后端的状态和性能。

4、示例配置

以LVM后端为例，配置过程可能包括：

1. 在cinder.conf文件中添加以下配置：

[lvm]  
volume_driver = cinder.volume.drivers.lvm.LVMISCSIDriver  
volume_backend_name = lvm  
volume_group = cinder-volumes

2. 创建物理卷和卷组：

sudo pvcreate /dev/sdb  
sudo vgcreate cinder-volumes /dev/sdb

3. 启动Cinder服务：

sudo cinder-manage db sync  
sudo service cinder-volume restart

4. 测试配置：

openstack volume create --size 1 test-volume  
openstack volume list

通过上述步骤，用户可以将LVM配置为Cinder的存储后端，并为虚拟机实例提供块存储服务。需要注意的是，实际配置过程可能因OpenStack版本和存储后端类型的不同而有所差异，用户应参考OpenStack官方文档或相关社区指南进行配置。

十一、卷状态和信息数据库

OpenStack Cinder中的卷状态和信息数据库是Cinder组件的重要组成部分，它们共同协作以确保块存储服务的有效性和可靠性。以下是对这两个方面的详细解析：

1. 卷状态

在OpenStack Cinder中，卷的状态用于表示卷的当前状况，以便管理员和用户能够了解卷是否可用、正在使用、发生错误或处于其他状态。常见的卷状态包括：

• available：卷可用于实例，处于空闲状态。
• in-use：卷正在被某个实例使用。
• error：卷在创建或操作中发生了错误，需要管理员进行干预。
• creating：卷正在被创建过程中。
• deleting：卷正在被删除过程中。
• attaching：卷正在被附加到某个实例上。

管理员可以使用OpenStack CLI或API来查询和更改卷的状态。例如，通过openstack volume show <volume_id>命令可以查询特定卷的详细信息，包括其当前状态。在需要时，管理员还可以通过CLI或API将卷的状态更改为其他状态，如将卷从"available"更改为"error"或重置为"available"。

2. 信息数据库

Cinder的信息数据库用于存储卷的状态信息和其他元数据，如卷的大小、类型、创建时间等。这些信息对于管理块存储服务至关重要，因为它们使管理员能够了解卷的详细情况，并在需要时执行相应的操作。

Cinder的数据库通常是一个关系型数据库，如MySQL或PostgreSQL。在OpenStack部署中，Cinder服务会连接到这个数据库，以读取和写入卷的状态和元数据信息。数据库中的表结构经过精心设计，以确保能够高效地存储和检索这些信息。