从零吃透 OpenStack：起源、理念、架构、创建虚拟机交互流程

文章目录

• OpenStack架构介绍
• • OpenStack简介
  • • OpenStack起源
    • OpenStack是什么？
    • OpenStack能做什么？
    • OpenStack工作原理概述
    • 开源OpenStack版本演进
    • OpenStack设计理念
    • OpenStack与虚拟化
    • OpenStack与云计算
  • OpenStack架构
  • • OpenStack架构概览
    • OpenStack逻辑架构
    • OpenStack生产环境部署架构示例
  • OpenStack核心服务简介
  • • 界面管理服务Horizon
    • 认证服务Keystone
    • 镜像服务Glance
    • 计算服务Nova
    • 块存储服务Cinder
    • 对象存储服务Swift
    • 网络服务Neutron
    • 编排服务Heat
    • 计量服务Ceilometer
  • OpenStack各主要项目间交互示例
  • • 提问：创建一个VM需要些什么资源？
    • OpenStack创建VM，服务间交互示例

OpenStack架构介绍

OpenStack简介

OpenStack起源

• 2006年亚马逊推出AWS，正式开启云计算的新纪元
• 2010年7月美国国家航空航天局（NASA）与Rackspace合作，共同宣布OpenStack开放源码计划，由此开启了属于OpenStack的时代
• OpenStack从诞生之初对标AWS，一直在向AWS学习，同时开放接口去兼容各种AWS服务
• 跟随
• 兼容
• 促生

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OpenStack的发展与云计算密不可分，众所周知，第一个提出云计算概念走向落地的厂商是亚马逊，这是由其公司当时业务模式驱动导致的。亚马逊作为全球最知名的电子商务网站，业务高峰时，支撑电子商务交易需要极大的算力，然而平时亚马逊不需要如此庞大的算力，亚马逊开始尝试将这些空闲的算力开放出来给用户使用。经过一段时间的发展，云计算这种模式被广泛认可是在2006年，亚马逊推出了弹性计算云EC2（Elastic Compute Cloud），EC2的弹性扩展能力吸引了很多厂商的关注。

美国国家航天航空局也一直在研究提供类似功能的服务，但是技术上遇到了挑战。

Rackspace当时是美国排名第二的云计算厂商，但规模仅为亚马逊的5%。

技术上遇到挑战的NASA和市场拓展上遇到挑战的Rackspace开始联手，决定将OpenStack开源，利用社区的力量来强化OpenStack的功能。于是在2010年双方共同开源了OpenStack项目。愿景是为数据中心建立一套云操作系统，大幅提升数据中心的运行效率。

AWS的功能十分强大，目前还在不断发展中，OpenStack从诞生之初就一直在向AWS学习，同时，OpenStack也提供开放接口去兼容各种AWS服务。

目前来看，OpenStack虽然没有AWS完善，但是相比之下，OpenStack是一个开源项目，并不收取版权费用。

OpenStack是什么？

• Deploy third party services such as
• Or use built in tools
• OpenStack是虚拟机、裸金属和容器的云基础架构
• OpenStack可控制整个数据中心的大型计算、存储和网络资源池
• 所有资源都通过API或Web界面进行管理

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OpenStack是一种云操作系统，可控制整个数据中心内的大型计算、存储和网络资源池，所有资源都通过具有通用身份验证机制的API进行管理和配置。管理员也可通过Web界面控制，同时授权用户通过Web界面配置资源。

OpenStack能做什么？

• Deploy third party services such as
• Or use built in tools
• OpenStack通过一组相互关联的服务提供基础设施即服务 （IaaS）解决方案。每个服务都提供了一个应用程序编程接口 （API）来促进这种集成
• OpenStack项目是一个适用于所有类型云的开源云计算平台，项目目标是提供实施简单、可大规模扩展、丰富、标准统一的云计算管理平台

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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。

作为一个开源的云计算管理平台，OpenStack由几个主要的组件组合起来完成具体工作。OpenStack支持几乎所有类型的云环境，项目目标是提供实施简单、可大规模扩展、丰富、标准统一的云计算管理平台。OpenStack通过各种互补的服务提供了基础设施即服务（IaaS）的解决方案，每个服务提供API以进行集成。

OpenStack工作原理概述

• OpenStack实际上由一系列叫作脚本的命令组成。这些脚本会被捆绑到名为项目的软件包中，这些软件包则用于传递创建云环境的任务
• 为了创建这些环境，OpenStack还会使用 2 种其他类型的软件：
  • 虚拟化软件，用于创建从硬件中抽象出来的虚拟资源层
  • 基础操作系统（OS），用于执行OpenStack脚本发出的命令
• OpenStack本身不会虚拟化资源，但会使用虚拟化资源来构建云
• OpenStack、虚拟化和基础操作系统，这 3 种技术协同工作服务用户
• 用户
  • OpenStack
    • 虚拟化
      • 基础 OS

开源OpenStack版本演进

• OpenStack每年两个大版本，一般在4月和10月中旬发布，版本命名从字母A-Z

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OpenStack第一版代号为Austin，以Rackspace所在的美国德克萨斯州Texas首府命名，计划每隔几个月发布一个全新版本，并且以26个英文字母从A到Z顺序命名后面的版本代号。通常以举办OpenStack峰会所在地的某个城市或地区来命名。

2017年华为成功晋级为白金会员，成为亚洲首家OpenStack白金会员。

OpenStack基金会允许最多8家白金会员资格和24家黄金会员资格，目前已有AT&T、爱立信、华为、英特尔、Rackspace、红帽、SUSE和腾讯这8家白金会员，以及九州云、中国移动、中国联通、中国电信、思科、EasyStack、烽火、浪潮、新华三以及中兴通讯等黄金会员。

OpenStack设计理念

• 开放
  • 开源
  • 尽最大可能重用已有开源项目
• 灵活
  • 架构可裁剪
  • 大量使用插件化方式进行架构设计与实现
• 可扩展
  • 由多个相互独立的项目组成
  • 每个项目包含多个独立服务组件
  • 无中心架构
  • 无状态架构

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开放：

源代码开放，设计与开发流程开放。

"不重复发明轮子"，"站在巨人的肩膀上"。

不使用任何不可替代的私有/商业组件。

灵活：

架构可裁剪，可以根据实际需要决定选取的组件范围。

大量采用驱动与插件机制。

通过配置项控制对系统功能特性进行便捷配置。

可扩展：

松耦合架构，组件间RESTful API通信，组件内消息总线通信。

无中心架构，核心组件无中心节点，有效避免单点故障。

无状态架构，各组件无本地持久化数据，所有持久化数据保存在数据库中。

OpenStack与虚拟化

• OpenStack不是虚拟化，OpenStack只是系统的控制面，不包括系统的数据面组件，如Hypervisor、存储和网络设备等
• 虚拟化是OpenStack底层的技术实现手段之一，但并非核心关注点
• OpenStack与虚拟化的关键区别：
• OpenStack
  • 自身不提供虚拟化技术
  • 调用多种技术实现多资源池管理
  • 对外提供统一管理接口
• 虚拟化
  • 环境隔离，资源复用
  • 降低隔离损耗，提升运行效率
  • 提供高级虚拟化特性

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OpenStack优先关注控制面，OpenStack优先考虑如何将计算、存储、网络领域的各类资源抽象为资源池。在此基础上，对资源池内的各类逻辑对象实施控制操作，并将控制操作包装成面向用户的服务。数据面、管理面目前不是OpenStack的重点关注内容。

OpenStack与云计算

• OpenStack只是构建云计算的关键组件：
  • 内核、骨干、框架、总线
• 为了构建云计算，我们还需要很多东西：

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OpenStack是框架：以OpenStack为框架，将计算、存储、网络、管理、运营、运维等多个领域的软硬件产品组件整合在一起，共同组成面向业务场景的整体解决方案。

OpenStack主要关注的问题：框架本身的开放性，生态的繁荣与活跃；控制面的服务能力、高可靠、高性能、可扩展、易操作、易维护等。

Cloud BSS：Cloud Business Support System，云业务支撑系统。

Cloud OSS：Cloud Operation Support System ，云运营支撑系统。

综上两个对比，可以总结出云计算与虚拟化的关键区别：

云计算的特点是IT能力的服务化，按需使用，按量计费，多租户隔离等。

虚拟化的特点是环境隔离，资源复用，降低隔离损耗，提升运行效率，提供高级虚拟化特性等。

OpenStack架构

OpenStack架构概览

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OpenStack被分解为服务，允许用户根据需要即插即用组件。OpenStack地图让用户可以"一目了然"地了解OpenStack环境，以了解这些服务适合的位置以及它们如何协同工作。

OpenStack逻辑架构

• 要设计、部署和配置OpenStack，管理员必须了解其逻辑架构
• 每个OpenStack服务内部是由多个进程组成。所有服务（Keystone除外）都至少有一个API进程，负责监听API请求，对请求进行预处理并将它们传递给服务的其他部分
• 每个OpenStack服务的进程之间的通信，使用AMQP消息代理。服务的状态存储在数据库中。在部署和配置OpenStack云时，管理员可以在多种消息代理和数据库解决方案中进行选择，例如RabbitMQ、MySQL、MariaDB和SQLite
• 用户可以通过Web用户界面、命令行客户端以及通过浏览器插件或curl等工具发出API请求来访问OpenStack

OpenStack生产环境部署架构示例

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生产环境中，一般会有专门的OpenStack部署服务节点、控制节点、计算节点、网络节点和存储服务节点等。

生产环境的控制节点建议三台以上，其他节点按需求部署。

如果只是测试，OpenStack服务可以部署在单节点上。

OpenStack核心服务简介

界面管理服务Horizon

• HORIZON
• 提供基于Web的控制界面，使云管理员和用户能够管理各种OpenStack资源和服务
• 首次出现在OpenStack的"Essex"版本中
• 依赖Keystone认证服务

认证服务Keystone

• KEYSTONE
• 提供身份验证，服务发现和分布式多租户授权
• 支持LDAP、OAuth、OpenID Connect、SAML和SQL
• 首次出现在OpenStack的"Essex"版本中
• 为其他OpenStack服务提供认证支持

镜像服务Glance

• GLANCE
• 提供发现、注册和检索虚拟机镜像功能
• 提供的虚拟机实例镜像可以存放在不同地方，例如本地文件系统、Swift对象存储、Cinder块存储等
• 首次出现在OpenStack的"Bexar"版本中
• 依赖Keystone认证服务

计算服务Nova

• NOVA
• 提供大规模、可扩展、按需自助服务的计算资源
• 支持管理裸机，虚拟机和容器
• 首次出现在OpenStack的"Austin"版本中
• 依赖Keystone认证服务、Neutron网络服务和Glance镜像服务

块存储服务Cinder

• CINDER
• 提供块存储服务，为虚拟机实例提供持久化存储
• 调用不同存储接口驱动，将存储设备转化成块存储池，用户无需了解存储实际部署位置或设备类型
• 首次出现在OpenStack的"Folsom"版本中
• 依赖Keystone认证服务

对象存储服务Swift

• SWIFT
• 提供高度可用、分布式、最终一致的对象存储服务
• 可以高效、安全且廉价地存储大量数据
• 非常适合存储需要弹性扩展的非结构化数据
• 首次出现在OpenStack的"Austin"版本中
• 为其他OpenStack服务提供对象存储服务

网络服务Neutron

• NEUTRON
• 负责管理虚拟网络，专注于为OpenStack提供网络即服务
• 首次出现在OpenStack的"Folsom"版本中
• 依赖Keystone认证服务

编排服务Heat

• HEAT
• 为云应用程序编排OpenStack基础架构资源
• 提供OpenStack原生REST API和CloudFormation兼容的查询API
• 首次出现在OpenStack的"Havana"版本中
• 依赖Keystone认证服务

计量服务Ceilometer

• CEILOMETER
• Ceilometer项目是一项数据收集服务，提供跨当前OpenStack核心组件规范化和转换数据的能力
• Ceilometer的数据可为所有OpenStack核心组件提供客户计费、资源跟踪和警报功能
• 首次出现在OpenStack的"Havana"版本中

OpenStack各主要项目间交互示例

提问：创建一个VM需要些什么资源？

• 计算
• 存储
• 网络
• 镜像

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在OpenStack中创建虚拟机实例，资源需求和物理PC类似。

OpenStack创建VM，服务间交互示例

资源跟踪和警报功能

• 首次出现在OpenStack的"Havana"版本中