OpenStack架构介绍和安装流程

OpenStack架构介绍和安装流程

0 前言

OpenStack是目前业界主流的开源IaaS私有云平台，本博客从起源演进、基础概念、整体架构、核心组件、业务交互流程几个维度讲解OpenStack，读完可以搞懂：

1. OpenStack的由来、版本迭代、设计思想
2. OpenStack和虚拟化、云计算的关系
3. 各个核心组件是干什么的，互相如何配合
4. 创建一台虚拟机背后完整业务流程

1 OpenStack简介

1.1 起源历史

• 2006年亚马逊发布AWS，公有云时代正式开启。
• 2010年7月NASA（美国宇航局）和Rackspace联合发布OpenStack开源项目，项目对标AWS公有云，兼容AWS相关接口，目标打造开源的云基础设施平台。

1.2 什么是OpenStack

OpenStack是一套面向虚拟机、裸金属、容器的云基础设施软件。

它可以管控整个数据中心大规模的计算、存储、网络资源池，所有资源全部通过API接口或者Web网页界面来管理。

重点：OpenStack本身不会做虚拟化 ！

OpenStack只是一堆管理脚本、软件服务的集合。真正生成虚拟机、做硬件隔离的是底层虚拟化软件（典型就是KVM），OpenStack下发指令，底层虚拟化软件干活。

三者协同关系：OpenStack云管理平台 + 虚拟化软件(KVM) + 底层操作系统，三者配合完成云平台能力。

1.3 版本发布规则

OpenStack社区每年发布2个大版本，4月、10月各一次 ，版本名称按照英文字母顺序命名。

PPT文档使用示例版本：Yoga（2022年发布），前面经典版本包括Train、Ussuri、Victoria、Wallaby、Xena等。

1.4 OpenStack设计理念

三大核心理念：开放、灵活、可扩展

1. 开放：完全开源，尽量复用已有的开源项目，不重复造轮子。
2. 灵活：架构支持裁剪，大量功能采用插件化设计，可以按需开启关闭能力。
3. 可扩展：由多个独立项目组成，每个项目包含多个服务组件；无中心、无状态架构，方便横向扩容集群节点。

1.5 容易混淆概念辨析

✅ OpenStack VS 虚拟化

OpenStack	虚拟化（如KVM）
属于控制面管理软件，本身不做硬件资源隔离	属于数据面底层技术，Hypervisor，真正实现资源隔离
可以对接多种虚拟化技术（KVM、VMware等）	负责环境隔离、资源复用，提升虚拟机运行效率
对外提供统一API接口管理资源池	底层干活，产出虚拟机实例

一句话：虚拟化是OpenStack的底层实现手段，但OpenStack不等于虚拟化。

✅ OpenStack VS 云计算

OpenStack只是构建云计算平台的核心框架组件，不等于完整云计算 。

一套完整的云，除OpenStack之外，还需要硬件机房设备、运维系统OSS、计费BSS系统、云控制台、上层云服务等周边组件一起配合，才能形成完整云计算。

2 OpenStack整体架构

2.1 逻辑架构说明

OpenStack由大量独立服务组成：

1. 几乎所有服务都提供API接口，接收用户请求。
2. 服务之间通过RabbitMQ消息队列通信；业务数据存放在数据库（MariaDB/MySQL）。
3. 用户访问途径三种：Web界面Horizon、命令行CLI、直接调用Rest API。

2.2 生产部署物理架构

生产环境一般分为三类节点：

1. 控制节点（Infrastructure Control Plane Host）：部署数据库、消息队列、各个OpenStack管理服务，一般多台做高可用。
2. 计算节点（Compute Host）：安装Hypervisor（KVM），真正跑虚拟机实例，横向扩展加机器就扩容算力。
3. 存储节点（Storage Host）：部署Cinder块存储等服务，提供虚拟机磁盘资源。

3 OpenStack核心服务组件详解

OpenStack每个组件都是独立服务，各司其职，组件之间互相依赖。

组件名称	中文名称	核心功能	依赖说明
Horizon	仪表盘界面	Web网页控制台，给管理员/普通用户操作云资源，可视化页面	依赖Keystone做身份认证
Keystone	身份认证服务	整个云的账号密码、权限、多租户管理；服务注册发现；所有组件都要找它鉴权	所有服务的基础，必选组件
Glance	镜像服务	管理虚拟机操作系统镜像，上传、查询、下载镜像；镜像可以存本地、Swift对象存储	依赖Keystone
Nova	计算服务	管理虚拟机实例，调度CPU内存资源，对接底层KVM；也支持裸金属、容器管理	依赖Keystone、Glance、Neutron
Neutron	网络服务	网络即服务，管理虚拟路由器、子网、网卡、安全组，给虚拟机提供虚拟网络	依赖Keystone
Cinder	块存储服务	给虚拟机挂载持久化云硬盘，磁盘可以独立于虚拟机存在，支持多种存储后端驱动	依赖Keystone
Swift	对象存储服务	分布式对象存储，适合存大量非结构化数据，镜像、备份文件等，高可用	依赖Keystone
Heat	编排服务	模板化批量部署资源，写模板一次性创建虚拟机、网络、硬盘整套环境	依赖Keystone
Ceilometer	计量监控服务	收集全平台资源使用数据，用于资源监控、告警、计费统计	依赖Keystone

通俗理解：

• Keystone = 门卫，管账号权限
• Horizon = 前台网页操作大厅
• Glance = 操作系统镜像仓库
• Nova = 虚拟机调度管理员，指挥计算节点KVM创建VM
• Neutron = 网络工程师，给虚拟机配网卡、子网
• Cinder = 硬盘仓库，提供云硬盘
• Swift = 文件仓库，存图片、备份
• Heat = 自动化脚本，一键部署整套环境
• Ceilometer = 监控电表，统计资源用量

4 创建一台虚拟机（VM）交互流程

创建VM需要哪些资源

要创建一台虚拟机，必须准备：

1. 身份权限（Keystone）
2. OS镜像（Glance）
3. CPU内存算力资源（Nova + KVM计算节点）
4. 虚拟网络（Neutron，网卡、子网）
5. 系统盘/可选数据盘（Cinder）

完整业务交互过程

1. 用户登录Horizon网页（或者调用API），提交创建虚拟机请求；请求先经过Keystone校验账号密码权限。
2. Nova接收创建虚拟机请求，向Glance获取操作系统镜像。
3. Nova调度器挑选合适的计算节点，下发指令到计算节点上的KVM，真正创建虚拟机。
4. Neutron为虚拟机分配虚拟网卡、分配IP地址，打通网络。
5. 如果需要额外云硬盘，调用Cinder服务创建块存储卷挂载给虚拟机。
6. Heat编排服务可以通过模板，一次性完成以上全部资源的批量创建。
7. Swift可以用来存放镜像、虚拟机备份文件。

思考题：为什么OpenStack被称为云操作系统？

答案参考：OpenStack向下接管服务器硬件资源，向上对外提供统一API，对上层用户屏蔽底层硬件差异，像操作系统管理电脑硬件一样管理整个数据中心服务器集群，因此被叫做云操作系统。

5 Packstack 实操部署 OpenStack‑Victoria（CentOS‑Stream‑8）

5.1 资源清单

• ISO：CentOS‑Stream‑8‑20240603.0‑x86_64‑dvd1.iso
• 虚拟化环境：VMware Workstation 17.5
• OpenStack 版本：Victoria
• 节点硬件配置

节点	CPU	内存	网卡	磁盘
controller	4 核	8G	NAT	100G
compute	4 核	8G	NAT	100G

5.2 网络规划

VMware NAT 网络：192.168.108.0/24

• Windows 下 VMware NAT 网关：192.168.108.2
• Linux 下 VMware NAT 网关：192.168.108.1
• controller：192.168.108.10
• compute：192.168.108.11

/etc/hosts 写入内容

192.168.108.10 controller
192.168.108.11 compute

5.3 步骤一：制作基础模板虚拟机

1. 安装 CentOS‑Stream‑8 minimal 版本，完成基础系统安装。
2. 配置阿里 yum 源，清空旧 repo 文件

rm -rf /etc/yum.repos.d/*
cat <<EOF > /etc/yum.repos.d/openstack.repo
[centos-openstack-victoria]
name=CentOS 8 - OpenStack victoria
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/centos-vault/8-stream/cloud/x86_64/openstack-victoria/
gpgcheck=0
enabled=1
[highavailability]
name=CentOS Stream 8 - HighAvailability
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/centos-vault/8-stream/HighAvailability/x86_64/os/
gpgcheck=0
enabled=1
[nfv]
name=CentOS Stream 8 - NFV
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/centos-vault/8-stream/NFV/x86_64/os/
gpgcheck=0
enabled=1
[rt]
name=CentOS Stream 8 - RT
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/centos-vault/8-stream/RT/x86_64/os/
gpgcheck=0
enabled=1
[resilientstorage]
name=CentOS Stream 8 - ResilientStorage
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/centos-vault/8-stream/ResilientStorage/x86_64/os/
gpgcheck=0
enabled=1
[extras-common]
name=CentOS Stream 8 - Extras packages
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/centos-vault/8-stream/extras/x86_64/extras-common/
gpgcheck=0
enabled=1
[extras]
name=CentOS Stream \$releasever - Extras
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/centos-vault/8-stream/extras/x86_64/os/
gpgcheck=0
enabled=1
[centos-ceph-pacific]
name=CentOS - Ceph Pacific
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/centos-vault/8-stream/storage/x86_64/ceph-pacific/
gpgcheck=0
enabled=1
[centos-rabbitmq-38]
name=CentOS-8 - RabbitMQ 38
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/centos-vault/8-stream/messaging/x86_64/rabbitmq-38/
gpgcheck=0
enabled=1
[centos-nfv-openvswitch]
name=CentOS Stream 8 - NFV OpenvSwitch
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/centos-vault/8-stream/nfv/x86_64/openvswitch-2/
gpgcheck=0
enabled=1
[baseos]
name=CentOS Stream 8 - BaseOS
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/centos-vault/8-stream/BaseOS/x86_64/os/
gpgcheck=0
enabled=1
[appstream]
name=CentOS Stream 8 - AppStream
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/centos-vault/8-stream/AppStream/x86_64/os/
gpgcheck=0
enabled=1
[powertools]
name=CentOS Stream 8 - PowerTools
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/centos-vault/8-stream/PowerTools/x86_64/os/
gpgcheck=0
enabled=1
EOF

yum clean all
yum makecache

3. 安装基础工具包

yum install -y bash-completion vim open-vm-tools net-tools chrony.x86_64
source /usr/share/bash-completion/bash_completion

4. 配置 hosts

echo '192.168.108.10 controller' >> /etc/hosts
echo '192.168.108.11 compute' >> /etc/hosts

5. 关闭 SELinux

sed -i '/^SELINUX=/cSELINUX=disabled' /etc/selinux/config

6. 网卡使用 DHCP 自动获取
   /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens160

TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=dhcp
NAME=ens160
DEVICE=ens160
ONBOOT=yes

7. 清理克隆相关唯一标识（防止克隆后冲突）

cd /etc/ssh/
rm -rf ssh_host_*
cat /dev/null > /etc/machine-id

8. 关机，拍摄 VMware 快照，作为模板。

poweroff

5.4 步骤二：克隆出 controller、compute 两个节点

1. 对模板虚拟机执行完整克隆 ，分别命名：openstack_controller、openstack_compute。

⚠️ 必须是完整克隆，不能用链接克隆。

2. 虚拟机处理器设置：勾选「虚拟化 Intel VT‑x/EPT or AMD‑V/RVI」，开启嵌套虚拟化。
3. 开机分别配置两台机器。

controller 节点配置

# 修改主机名
hostnamectl set-hostname controller

# 修改网卡静态IP
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens160

TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=none
NAME=ens160
DEVICE=ens160
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.108.10
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.108.2
DNS1=192.168.108.2

nmcli connection reload ens160
nmcli connection up ens160

配置 chrony 时间同步（controller 作为 NTP 服务端）

vim /etc/chrony.conf
# pool 2.centos.pool.ntp.org iburst
server ntp.aliyun.com iburst
allow 192.168.108.0/24

systemctl restart chronyd
systemctl enable chronyd
chronyc sources -v

compute 节点配置

hostnamectl set-hostname compute

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens160

TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=none
NAME=ens160
DEVICE=ens160
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.108.11
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.108.2
DNS1=192.168.108.2

nmcli connection reload ens160
nmcli connection up ens160

chrony 配置，指向 controller 做时间源

vim /etc/chrony.conf
# pool 2.centos.pool.ntp.org iburst
server controller iburst

systemctl restart chronyd
systemctl enable chronyd
chronyc sources -v

配置完成，关机，分别拍摄快照。

poweroff

5.5 步骤三：Packstack 安装 OpenStack Victoria

全部操作在 controller 节点执行。

1. 安装 packstack 工具

yum install -y openstack-packstack

2. 生成应答文件

packstack --gen-answer-file=answers.txt

3. 修改 answers.txt 关键参数

vim answers.txt
# 开启heat组件
CONFIG_HEAT_INSTALL=y
# 指定控制节点+计算节点IP
CONFIG_COMPUTE_HOSTS=192.168.108.10,192.168.108.11
# OVN外部网桥绑定网卡ens160
CONFIG_NEUTRON_OVN_BRIDGE_IFACES=br-ex:ens160
# 不部署demo测试项目
CONFIG_PROVISION_DEMO=n

# 把所有随机密码统一改为 huawei
sed -i.bak -r 's/(.+_PW)=[0-9a-z]+/\1=huawei/g' answers.txt

4. 关闭 NetworkManager（会和 OpenStack 网络组件冲突）

controller、compute 两台节点都执行

systemctl stop NetworkManager
systemctl disable NetworkManager
systemctl mask NetworkManager

5. 根据应答文件开始部署 OpenStack

packstack --answer-file=answers.txt

注意：在 Testing if puppet apply is finished 步骤会卡住很久，约 40‑50 分钟，属于正常现象，耐心等待。

日志路径：/var/tmp/packstack/xxxx/openstack-setup.log

出现 **** Installation completed successfully ****** 代表部署成功。

5.6 安装后验证配置

1. 两台节点启动 network 服务

systemctl start network
systemctl enable network

2. 配置 openstack 命令行补全（controller 节点）

openstack complete >> /etc/bash_completion.d/complete

3. Web 界面访问测试
   浏览器访问：http://192.168.108.10/dashboard

• 用户名：admin
• 密码：huawei

4. 验证登录成功之后，关机，对 controller、compute 拍摄完成快照，方便后续还原环境。

6 总结

1. OpenStack 起源 NASA+Rackspace，对标 AWS，开源 IaaS 云平台，只是管理平台，本身不做虚拟化，底层依赖 KVM 等 Hypervisor。
2. 架构采用组件化、插件化、无状态设计，方便大规模扩展私有云。
3. 各个核心组件分工明确：Keystone 鉴权、Horizon 页面、Nova 计算、Neutron 网络、Glance 镜像、Cinder 块存储、Swift 对象存储、Heat 编排、Ceilometer 监控。
4. 创建虚拟机是多个组件协同工作，不是单一服务完成。
5. OpenStack ≠ 完整云计算，还需要配套硬件、运维、计费系统共同组成完整云。
6. Packstack 是 OpenStack 快速部署工具，适合学习实验环境；生产环境一般采用 Ansible 等方案做高可用部署。

拓展资料：OpenStack社区官网 https://www.openstack.org