云计算Openstack Keystone

OpenStack Keystone是OpenStack平台中的一个核心组件，主要负责身份认证和授权管理服务。以下是关于OpenStack Keystone的详细介绍：

一、作用

• 身份认证：Keystone为OpenStack平台提供统一的身份认证服务，管理所有用户（包括管理员、普通用户和服务用户等）的身份信息，进行用户的创建、修改、删除和查询等操作。它还支持用户组的创建和管理，便于权限的管理和控制。
• 授权管理：Keystone提供多种身份认证方式（如用户名和密码、令牌、证书等）和授权策略（如基于角色的访问控制、基于策略的访问控制等），确保平台的安全性，满足不同用户和服务的需求。
• 服务目录和终端管理：管理OpenStack平台的所有服务（如计算、网络、存储等）和终端类型（如Web、CLI、API等），提供服务的注册、查询和删除等功能，便于用户进行服务的访问和操作。

二、关键概念

• 用户（User）：使用OpenStack云服务的实体，可以是一个人、一个系统或一个服务。每个用户都有一个唯一的标识符（ID）和一个用户名。
• 项目/租户（Project/Tenant）：OpenStack中资源的逻辑集合，用于组织和隔离资源。每个项目/租户都有一个唯一的标识符（ID）和一个名称。用户可以直接分配给特定的项目/租户。
• 角色（Role）：定义用户在项目/租户中拥有的权限的集合。用户可以被分配到一个或多个角色，以控制其对资源的访问权限。
• 令牌（Token）：用于访问OpenStack资源的一个临时凭证，具有时效性。用户通过验证身份后获得令牌，并在后续请求中使用该令牌来访问资源。
• 服务（Service）：OpenStack中的一个组件，对外提供特定功能的服务。在Keystone中，服务可以被注册并关联到项目/租户和用户。
• 端点（Endpoint）：用于访问某个服务的网络地址，通常是一个URL。OpenStack中的每个服务都可能有多个端点，分别用于不同的访问目的（如管理员访问、内部访问、公共访问等）。

三、特性

• 可扩展性：Keystone采用了模块化的设计，支持多种插件和扩展，可以扩展用户认证和授权、服务目录和终端管理等方面的功能。
• 多租户支持：支持多租户的管理和控制，可以为不同的用户和服务提供不同的租户空间，确保平台的隔离和安全性。
• 高可用性和容错性：具有高可用性和容错性的特性，可以在多个节点之间进行身份认证和授权的负载均衡和故障恢复，确保平台的可用性和稳定性。
• 开放性和可定制性：作为一个开放源代码的组件，Keystone可以根据用户的需求进行功能定制和扩展。同时，它支持多种标准的身份认证和授权协议（如OAuth、SAML、OpenID Connect等），可以与其他身份认证和授权系统进行集成和对接。

四、架构和流程

Keystone在OpenStack架构中扮演了一个核心的角色，类似于一个服务总线或注册中心。其他服务通过Keystone来注册其服务的Endpoint（服务访问的URL），任何服务之间的相互调用都需要经过Keystone的身份验证，以获得目标服务的Endpoint来找到目标服务。

在身份认证服务的整个流程中，用户通过命令行或控制面板登录OpenStack，凭借自己的证书（如用户名和密码）给Keystone验证。验证通过后，Keystone会发布一个令牌和用户所需服务的位置点（Endpoint）给用户。用户携带令牌向目标服务发起请求时，目标服务会拿着令牌向Keystone进行认证，以确认用户是否有权访问该服务。

Keystone作为OpenStack平台中的核心组件，其组件架构主要围绕身份认证和授权管理服务展开。以下是Keystone组件架构的详细解析：

模块	功能
令牌	令牌模块，该模块用来生成和管理令牌
目录	目录模块，用来存储和管理服务以及与之对应的端点信息
验证	验证模块，用来管理项目、用户、角色和提供认证服务
策略	策略模块，用来存储和管理所有的访问权限

1、总体架构

Keystone的架构可以划分为几个关键模块，这些模块协同工作以提供身份认证和授权服务。总体上，Keystone的架构支持多种身份验证协议和标准，如LDAP、SAML、OAuth等，同时提供可扩展性和灵活性。

2、主要组件

1. 代理服务（Proxy Service）

• 功能：处理来自用户的请求，根据用户的身份信息和授权规则，将请求转发给相应的主体服务或令牌服务。
• 作用：作为前端接口，接收用户的身份认证请求，并引导后续的请求流程。

2. 主体服务（Entity Service）

• 功能：负责处理用户和令牌的创建、更新和删除等操作，同时验证令牌的有效性。
• 作用：管理用户身份信息和令牌状态，确保只有合法用户能够访问资源。

3. 令牌服务（Token Service）

• 功能：生成和管理用户的访问令牌。令牌是用于代表用户身份的加密字符串，可以在云计算环境的各个组件之间传递，以便验证用户的身份和授权。
• 作用：提供临时凭证，用于在多个服务之间传递用户身份信息和授权信息。

3、其他关键组件

1. 目录模块（Catalog Service）

• 功能：存储和管理服务以及端点的信息。服务目录用于发现服务API端点（RESTful的URL），能够提供服务访问入口。
• 作用：帮助用户和服务找到所需的其他服务接口，实现服务间的互联互通。

2. 验证模块（Authentication Module）

• 功能：管理用户、角色、项目和认证服务，执行具体的身份验证过程。
• 作用：确保只有经过验证的用户才能访问OpenStack资源，同时支持多种身份验证方式。

3. 策略模块（Policy Module）

• 功能：存储和管理所有的访问权限规则，通过策略文件（如policy.yaml或policy.json）来定义用户的权限。
• 作用：实现基于角色的访问控制（RBAC），确保用户只能访问其被授权的资源。

4、架构特点

1. 开放性：Keystone遵循开放标准，可以与其他符合OpenStack规范的云计算平台集成。
2. 可扩展性：Keystone的设计支持大量的用户和资源，无论是大型企业还是小型企业都能使用。
3. 安全性：提供了严格的安全机制，包括加密和身份验证等，确保用户访问云计算资源的安全性。
4. 灵活性：支持多种身份验证协议和标准，可以根据用户的需求灵活配置和使用。

5、工作流程

1. 用户通过命令行或控制面板登录OpenStack，提交用户名和密码等认证信息。
2. Keystone的验证模块接收认证信息，执行身份验证过程。
3. 如果验证通过，Keystone的令牌服务生成一个访问令牌，并返回给用户。
4. 用户携带令牌向目标服务发起请求，目标服务将令牌提交给Keystone进行验证。
5. Keystone验证令牌的有效性后，允许用户访问目标服务。

五、部署

Keystone的部署是OpenStack安装过程中的一个重要环节，它负责提供身份验证和授权服务。以下是Keystone部署的详细步骤，这些步骤基于OpenStack的不同版本和不同的操作系统可能会有所不同，但基本流程是相似的。

1、准备工作

1. 系统环境准备：

• 确保操作系统已安装并配置好（如CentOS、Ubuntu等）。
• 安装必要的软件包和工具，如yum、apt-get等。
• 配置网络，确保系统可以访问外部网络或内部私有仓库。

2. 安装数据库：

• Keystone需要一个数据库来存储用户、角色、项目等信息。可以选择MySQL、MariaDB等数据库。
• 安装数据库软件，并创建keystone数据库和用户，授予相应的权限。

2、安装Keystone软件包

1. 使用包管理器安装：

• 在大多数Linux发行版中，可以使用yum（如CentOS）或apt-get（如Ubuntu）等包管理器来安装Keystone软件包。
• 示例命令（以CentOS为例）：yum install openstack-keystone httpd mod_wsgi
• 注意：可能还需要安装其他依赖包，如openstack-utils、python-openstackclient等。

2. 验证安装：

• 安装完成后，可以使用rpm -qa | grep openstack-keystone等命令来验证Keystone是否已正确安装。

3、配置Keystone

1. 修改配置文件：

• Keystone的配置文件通常位于/etc/keystone/目录下，如keystone.conf。
• 修改配置文件以连接到数据库，并设置令牌提供程序等。
• 示例配置（以MySQL为例）：

[database]  
connection = mysql+pymysql://keystone:KEYSTONE_DBPASS@localhost/keystone  
 
[token]  
provider = fernet

注意：替换KEYSTONE_DBPASS为实际的数据库密码。

2. 初始化数据库：

• 使用keystone-manage db_sync命令来初始化数据库，创建必要的表结构。
• 这一步骤是必需的，因为Keystone使用ORM（对象关系映射）来与数据库交互，需要预先创建表结构。

3. 初始化Fernet密钥：

• 从OpenStack的Train版本开始，Keystone使用Fernet算法来生成和管理令牌。
• 使用keystone-manage fernet_setup --keystone-user keystone --keystone-group keystone命令来初始化Fernet密钥库。

4、配置Web服务器

1. 安装并配置Apache HTTP服务器：

• Keystone通常与Apache HTTP服务器一起部署，以便通过HTTP/HTTPS协议提供服务。
• 安装Apache HTTP服务器和mod_wsgi模块。
• 配置Apache以代理对Keystone的请求。

2. 创建WSGI配置文件软链接：

• 将Keystone的WSGI配置文件（如wsgi-keystone.conf）链接到Apache的配置目录中。

5、启动Keystone服务

1. 设置服务开机自启：

• 使用系统服务管理工具（如systemctl）来设置Keystone服务开机自启。

2. 启动服务：

• 使用systemctl start openstack-keystone等命令来启动Keystone服务。

3. 验证服务状态：

• 使用systemctl status openstack-keystone等命令来验证Keystone服务的状态。

6、后续步骤

1. 创建项目和用户：

• 使用OpenStack命令行工具（如openstack）来创建项目、用户和角色，并分配相应的权限。

2. 测试身份验证：

• 尝试使用创建的用户登录OpenStack Dashboard或其他服务，以验证身份验证是否成功。

3. 配置其他OpenStack服务：

• 将其他OpenStack服务（如Nova、Glance、Neutron等）配置为使用Keystone进行身份验证。

六、API

Keystone API是OpenStack项目中的一个重要组成部分，它提供了REST风格的接口，用于用户验证、权限管理和目录服务。以下是关于Keystone API的详细介绍：

1、基本概念

Keystone是OpenStack的身份识别服务，它负责管理用户、租户（在v3 API中称为项目）、角色、凭证、服务和端点等核心概念。通过验证凭证并授予令牌，Keystone允许用户访问OpenStack的其他服务。

2、API版本

Keystone API主要有两个主要版本：第二版（v2.0）和第三版（v3）。随着OpenStack的发展，第三版API逐渐成为推荐使用的版本，因为它是第二版功能的超集，并提供了更为一致的开发者体验。Keystone社区正在逐渐弃用并减少对第二版API的支持。

• 第二版（v2.0）：这是Keystone早期版本的API，随着OpenStack的发展，它逐渐被第三版API所取代。然而，在一些旧系统或特定场景下，它仍然可能被使用。
• 第三版（v3）：这是当前推荐使用的API版本，它是第二版功能的超集，并提供了更为一致的开发者体验。Keystone社区正在逐渐弃用并减少对第二版API的支持。

3、第三版API的特性

1. 引入"域"（Domain）概念：第三版API引入了"域"作为高级容器，担当用户、项目等实体的命名空间，使得身份管理更加灵活。
2. 改进了身份认证方法：在第三版API中，身份认证方法（如密码、令牌等）需要明确指明。
3. 改进了令牌管理：令牌作为响应头的X-Subject-Token字段由Keystone服务返还，而不是存放在响应体中。这改进了第二版API中不记名令牌（Bearer Token）出现在URL中的安全隐患。
4. 租户更名为项目：在第三版API中，"租户"（tenant）的概念被更名为"项目"（project）。

4、API操作

Keystone API支持多种操作，包括用户管理、项目管理、角色管理、令牌管理等。这些操作可以通过HTTP方法和URL来实现。例如，获取用户列表、创建项目、分配角色到用户等。

Keystone API提供了多种功能，包括但不限于：

• 用户管理：包括创建、删除、更新用户信息，以及查询用户列表等。
• 项目管理：在第三版API中称为"项目"，用于管理租户信息，包括创建、删除、更新项目，以及查询项目列表等。
• 角色管理：用于定义和管理用户的权限角色，包括创建角色、将角色分配给用户或项目等。
• 令牌管理：用于生成、验证和管理用户的身份令牌，确保用户能够安全地访问OpenStack的其他服务。

5、客户端调用

对于Python开发者，Keystone社区提供了python-keystoneclient库来实现对Keystone API的调用。该库支持所有版本的API调用。对于非Python开发者，可以通过查阅Keystone API的参考手册来修改自己的客户端应用。此外，OpenStack社区还开发了python-openstackclient命令行工具，它提供了基于第三版API的命令行接口，方便用户与Keystone服务进行交互。

6、部署和配置

为了使用Keystone API，首先需要在OpenStack环境中部署Keystone服务，并进行必要的配置。配置包括数据库连接、令牌提供者、Web服务器设置等。在配置完成后，需要启动Keystone服务，并确保它能够正常响应API请求。

7、安全性和最佳实践

在使用Keystone API时，需要注意安全性和最佳实践。例如，应该使用HTTPS协议来保护API通信的安全性；应该定期更换Fernet密钥以防止令牌被破解；应该遵循最小权限原则来分配用户权限等。