OpenStack Nova 计算服务深度解析｜原理 + 架构 + 完整实操

青峰讲运维2026-10-28 12:16

OpenStack Nova 计算服务深度解析｜原理 + 架构 + 完整实操

Nova（Compute）是 OpenStack 核心计算组件，负责虚拟机生命周期管理，支撑云平台弹性计算能力。本文结合华为 Yoga 版本实验文档，从核心概念、组件架构、调度原理、虚拟机状态辨析、Dashboard 和 CLI 实操完整梳理 Nova，适合 OpenStack 学习者、运维工程师阅读。

一、Nova 是什么

Nova 即 OpenStack Compute 服务，是云平台的计算核心，不实现虚拟化，而是对接底层 Hypervisor，对外提供统一 REST API，支持虚拟机、裸金属、容器资源的统一调度管理OpenStack ...。

Nova 依赖的其他 OpenStack 服务

  1. Keystone：身份认证，校验 Token，鉴权所有 Nova 接口调用
  2. Glance：提供虚拟机镜像，创建实例时拉取镜像
  3. Neutron：为实例提供虚拟网卡、网络
  4. Placement：资源跟踪，统计 CPU、内存等资源库存，辅助调度器选节点
  5. Cinder：提供持久化块存储卷，给虚拟机挂载磁盘

Nova 本身不管理物理服务器硬件，也不做完整监控，只专注计算实例生命周期。

二、Nova 核心组件架构

Nova 采用无共享分布式架构 ，组件之间通过 RabbitMQ 消息队列（oslo.messaging）RPC 通信，数据库统一存储元数据，可水平扩展，控制器节点部署 nova‑api、nova‑scheduler、nova‑conductor；计算节点只运行nova‑compute进程OpenStack ...。

四大核心进程详解

表格

组件 部署位置 核心功能
nova‑api 控制节点 对外 REST API 入口；接收 Horizon/CLI 请求；参数校验、配额检查；数据库写实例初始记录；转发 RPC 消息给内部组件
nova‑conductor 控制节点 数据库代理！禁止 nova‑compute 直连数据库。处理数据库读写，完成创建、迁移、resize 复杂流程，计算节点依赖此服务才能启动。好处：提升安全，数据库密码不暴露计算节点；解耦数据库版本升级，提高并发性能
nova‑scheduler 控制节点 调度器。过滤 Filter + 权重 Weight两步选出最合适的计算节点，把创建虚拟机任务下发给目标 nova‑compute
nova‑compute 计算节点 真正干活的组件，对接底层虚拟化驱动 KVM/QEMU/VMware/Xen，执行虚拟机创建、删除、重启、迁移；周期性上报资源状态；调用 Glance/Neutron/Cinder 获取镜像、网络、存储资源

配套：nova‑novncproxy，网页控制台代理，浏览器访问虚拟机 VNC 控制台。

调度器工作流程 FilterScheduler

默认调度器分为**过滤（Filter）→权重（Weighting）**两大阶段OpenStack ...

  1. Filter 过滤

    ：剔除不满足条件的主机

    • ComputeFilter：过滤 nova‑compute 服务宕机的节点（必选）
    • AvailabilityZoneFilter：匹配可用域 AZ
    • RamFilter/DiskFilter/CoreFilter：过滤内存、磁盘、CPU 资源不足节点
    • ServerGroupAffinityFilter亲和：虚拟机放同一台主机；ServerGroupAntiAffinityFilter反亲和：虚拟机分散不同主机

  2. Weight 权重打分 ：过滤后剩下主机进行打分，默认 RAMWeigher，空闲内存越大分数越高，优先部署。

Placement 服务预先统计全平台资源库存，为 scheduler 提供资源数据。

主机聚合 Host Aggregate vs 可用域 Availability Zone

  • Availability Zone (AZ，可用域)：面向用户，创建实例选择，实现物理故障域隔离，比如不同机架、机房。
  • Host Aggregate（主机聚合） ：管理员后台，把一组主机打上 metadata 标签，内部绑定一个 AZ；一个物理主机可以加入多个主机聚合，但是只能属于一个可用域 AZ。

三、虚拟机实例状态辨析（高频面试点）

很多人混淆pause、suspend、shelve，三者完全不同，实验中需要重点区分OpenStack ...。

表格

操作 存储位置 资源占用 恢复命令 特点 & 适用场景
Pause 暂停 宿主机内存 内存占用，宿主机保留全部资源 unpause 冻结虚拟机，内存保存 VM 状态，恢复极快。适合短时间暂停。
Suspend 挂起 宿主机磁盘 释放 CPU，内存写入磁盘，仍预留宿主机资源 resume 休眠，类似电脑睡眠。适合长时间暂停，恢复速度慢于 pause。
Shelve 搁置 / 废弃 镜像存入 Glance，宿主机删除 VM 实例 释放宿主机 CPU 内存资源 unshelve 释放计算节点资源！把实例保存为镜像，宿主机彻底删掉虚拟机。适合长期不用，但不想删除实例的场景。

✅软重启soft reboot：虚拟机内部执行 reboot，操作系统优雅重启，宿主机不销毁 VM； ✅硬重启hard reboot：底层 Hypervisor 直接断电再上电，强制重启。

锁定实例 lock

  • 管理员锁定实例：普通用户不能删除实例；默认配置普通用户可以解锁，可修改 policy 策略限制普通用户解锁；管理员账号不受锁定限制，依旧可以直接删除实例。

快照 Snapshot & Rebuild 重建

  • 创建快照：把运行实例保存为 Glance 镜像；
  • rebuild 重建：使用镜像 / 快照重置虚拟机系统盘，保留原有网络、规格、主机信息，虚拟机系统损坏恢复的重要手段。

Resize 调整实例规格

修改虚拟机 flavor（CPU 内存大小），需要共享存储支持，否则跨节点 resize 迁移失败。resize 完成后需要手动确认openstack server resize confirm，确认之后旧资源释放。

四、实操：Dashboard 页面管理 Nova

使用 admin 账号登录 Horizon Web 界面

1. 主机聚合管理（管理员视图）

路径：管理员 → 计算 → 主机聚合

  1. 创建主机聚合，填写名称，绑定可用分区 AZ；
  2. 在管理聚合主机页面，把 controller/compute 主机加入聚合；
  3. 实验结论：同一台主机可以加入多个主机聚合，但只能归属一个 AZ。

2. 实例类型 Flavor（规格）管理

路径：管理员 → 计算 → 实例类型

  1. 创建 flavor，设置 vCPU、内存、磁盘；
  2. 使用权：可以限定给指定项目使用；

重要实验结论：

  • 创建时不加项目，默认 Public，所有项目可用；
  • 私有 flavor，如果移除全部授权项目：不会变成 Public，而是所有普通用户完全不可用，admin 管理员仅可见，无法使用。
  • ❗flavor 一旦创建，不能修改 Public/Private 属性，只能删除重建。

3. 密钥对 & 服务器组（项目视图）

  1. 密钥对 ：项目 → 计算 → 密钥对，创建 SSH 密钥，下载私钥，用于 ssh 登录云主机。

  2. 服务器组 ServerGroup

    ：

    复制代码 
    项目 → 计算 → 主机组
    • 亲和（affinity）：实例调度到同一台主机；
    • 反亲和（anti‑affinity）：实例强制分散不同主机；
    • 软亲和 / 软反亲和：资源不足时可以忽略策略。

4. 实例完整生命周期操作

路径：项目 → 计算 → 实例

  1. 创建实例：填写实例名称、可用域；选择镜像、flavor、网络、密钥对、服务器组。
  2. 基础生命周期：关闭、启动、软重启、硬重启。
  3. 高级操作：锁定 / 解锁、暂停 / 恢复、挂起 / 恢复、搁置 / 取消搁置。
  4. 创建快照、重建实例；调整实例大小 resize。

五、实操：OpenStack CLI 命令管理 Nova

登录 controller 节点，导入 admin 环境变量

复制代码 
source keystonerc_admin

1. Hypervisor、主机聚合

复制代码 
#查看计算节点hypervisor列表
openstack hypervisor list --long
#查看主机列表
openstack host list

#创建主机聚合，绑定nova可用域
openstack aggregate create --zone nova HostAggr_cli
#添加主机
openstack aggregate add host HostAggr_cli controller
#查看聚合详情
openstack aggregate show HostAggr_cli
#移除主机
openstack aggregate remove host HostAggr_cli controller
#删除聚合
openstack aggregate delete HostAggr_cli

2. Flavor 规格管理

复制代码 
#创建私有flavor，仅Project_cli项目可用
openstack flavor create --vcpus 1 --ram 128 --disk 1 --private --project Project_cli Flavor_cli

#移除项目权限
openstack flavor unset --project Project_cli Flavor_cli

#创建公有flavor，不加--private默认public
openstack flavor create --vcpus 1 --ram 128 --disk 1 Flavor_cli
#查看flavor详情
openstack flavor show Flavor_cli
#删除flavor
openstack flavor delete Flavor_cli

3. 密钥对 & 服务器组

复制代码 
#创建密钥对
openstack keypair create KeyPair_cli

#创建服务器组，亲和策略affinity
openstack server group create --policy affinity ServerGroup_cli

4. 实例全套 CLI 操作

复制代码 
#创建实例，hint指定服务器组ID
openstack server create --availability-zone nova --image Img_cli --flavor Flavor_cli --network shared --key-name KeyPair_cli --hint group=SERVER_GROUP_ID Instance_cli_01

#查看实例列表
openstack server list

#关机、开机
openstack server stop Instance_cli_01
openstack server start Instance_cli_01

#软重启、硬重启
openstack server reboot --soft Instance_cli_01
openstack server reboot --hard Instance_cli_01

#锁定解锁
openstack server lock Instance_cli_01
openstack server unlock Instance_cli_01

#暂停、恢复
openstack server pause Instance_cli_01
openstack server unpause Instance_cli_01

#挂起、恢复
openstack server suspend Instance_cli_01
openstack server resume Instance_cli_01

#搁置、取消搁置
openstack server shelve Instance_cli_01
openstack server unshelve Instance_cli_01

#创建实例快照
openstack server image create --name Instance_Snap_cli Instance_cli_01

#调整实例规格resize
openstack server resize --flavor Flavor_cli_new Instance_cli_01
openstack server resize confirm Instance_cli_01

#使用快照重建实例
openstack server rebuild --image Instance_Snap_cli Instance_cli_01

#删除实例
openstack server delete Instance_cli_01

六、创建虚拟机完整流程总结

  1. 用户 Horizon/CLI 携带 Token 向 nova‑api 发起创建实例请求；
  2. nova‑api 调用 Keystone 校验 token 合法性；校验 flavor、配额，写入数据库实例记录；
  3. 通过 RPC 把任务发送给 nova‑scheduler；
  4. nova‑scheduler 结合 Placement 资源数据，经过 Filter 过滤、Weight 权重打分选出目标计算节点；
  5. scheduler 下发 RPC 消息到目标节点 nova‑compute；
  6. nova‑compute 执行创建：
    • 调用 nova‑conductor 完成数据库读写；
    • 请求 Glance 获取镜像；
    • 请求 Neutron 分配虚拟网卡；
    • 请求 Cinder 挂载块卷；
    • 调用本地 Hypervisor 驱动（libvirt/KVM）真正创建虚拟机。

七、实验常见踩坑点总结

  1. resize 调整实例大小失败：跨节点 resize 需要共享存储（Ceph/NFS），本地存储环境 resize 会失败；
  2. flavor 修改 Public 属性无效：flavor 创建后不能修改公有私有，只能删除重建；
  3. shelve 搁置实例之后，计算节点释放资源，unshelve 会重新调度主机；
  4. nova‑compute 不能直连数据库，所有 DB 操作必须走 nova‑conductor；conductor 挂掉 compute 无法工作；
  5. 反亲和服务器组，如果可用计算节点少于实例数量，创建实例直接报错。

八、小结

Nova 作为 OpenStack 计算核心，组件分离、RPC 消息解耦、无状态可横向扩展。

  • nova‑api 是门户；nova‑conductor 数据库代理；nova‑scheduler 负责选主机；nova‑compute 真正操作虚拟化。
  • 要分清pause/suspend/shelve三种暂停模式的资源开销差异，生产按需选用；
  • 。日常运维两套工具：Horizon 适合快速页面操作；CLI 适合脚本自动化、批量运维。
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