openstack-nova

一、nova计算服务

计算服务是openstack最核心的服务之一,负责维护和管理云环境的计算资源,它在openstack项目中代号是nova。
nova自身并没有提供任何虚拟化能力,它提供计算服务,使用不同的虚拟化驱动来与底层支持的Hypervisor(虚拟机管理器)进行交互,所有的计算实例(虚拟服务器)由nova进行生命周期的调度管理(启动、挂起、停止删除等)。
nova需要keystone、glance、neutron、cinder和swif等其他服务的支持,能与这些服务集成,实现如加密磁盘、裸金属计算实例等。

二、nova系统架构

在这里插入图片描述
DB:用于数据存储的sql数据库
API:用于接收HTTP请求、转换命令、通过消息队列或
HTTP与其他组件通信的nova组件
Scheduler:用于决定哪台计算节点承载计算实例的nova调度器
Network:管理IP转发、网桥或虚拟局域网的nova网络组件
Compute:管理虚拟机管理器与虚拟机之间通信的nova计算组件
Conductor:处理需要协调(构建虚拟机或调整虚拟机大小)的请求,或处理对象转换

三、nova组件介绍

1、API

API是客户访问nova的http接口,它由nova-api服务实现,nova-api服务接收和响应来自最终用户的计算apI请求,作为openstack对外服务的最主要接口,nova-api提供了一个集中的可以查询所有api的端点。

有对nova的请求都首先由nova-api处理,API提供REST标准调用服务,便于与第三方系统集成
最终用户不会直接改送RESTful API请求,而是通过openstack命令行、dashbord和其他需要跟nova交换的组件来使用这些API。

只要跟虚拟机生命周期相关的操作,nova-api都可以响应
nova-api对接收到的HTTP API请求做以下处理:
1)检查客户端传入的参数是否合法有效
2)调用nova其他服务来处理客户端HTTP请求
3)格式化nova其他子服务返回结果并返回给客户端
nova-api是外部访问并使用nova提供的各种服务的唯一途径,也是客户端和nova之间的中间层

2、Scheduler

Scheduler可译为调度器,由nova-scheduler服务实现,主要解决的是如何选择在哪个计算节点上启动实例的问题,它可以应用多种规则,如果考虑内存使用率,cpu负载率、cpu架构(Intel/amd)等多种因素,根据一定的算法,确定虚拟机实例能够运行在哪一台计算服务器上,nova-scheduler服务会从队列中接收一个虚拟机实例的请求,通过读取数据库的内容,从可用资源池中选择最合适的计算节点来船舰新的虚拟机实例。
船舰虚拟机实例时,用户会提出资源需求,如cpu、内存、磁盘各需要多少,openstack讲这些需求定义在实例类型中,用户只需指定使用哪个实例类型就可以了。
2-1 nova调度器的类型
(1)随机调度器(chance scheduler) :从所有正常运行nova-compute服务的节点中随机选择。
(2)过滤器调度器(filter scheduler):根据指定的过滤条件以及权重选择最佳的计算节点,Filter又称为筛选器
调度器调度过程:主要分两个阶段
通过指定的过滤器选择满足条件的计算节点,比如内存使用率小于50%,可以使用多个过滤器依次进行过滤。对过滤之后的主机列表进行权重计算并排序,选择最优的计算节点来创建虚拟机实例。
(3)缓存调度器(caching scheduler):可看作随机调度器的种特殊类型,在随机调度的基础,上将主机资源信息缓存在本地内存中,然后通过后台的定时任务定时从数据库中获取最新的主机资源信息。

2-2 过滤器
当过滤调度器需要执行调度操作时,会让过滤器对计算节点进行判断,返回True或False。scheduler_available_filters选项用于配置可用过滤器,默认是所有nova直带的过滤器都可以用于过滤作用。
另外还有一个选项scheduler_ default_ filters用于指定,nova-scheduler服务真正使用的过滤器 过滤调度器将按照列表中的顺序依次过滤。

(1)RetryFilter(再审过滤器)
主要作用是过滤掉之前已经调度过的节点。如A、B、C都通过了过滤,A权重最大被选中执行操作,由于某种原因,操作在A上失败了。Nova-filter将重新执行过滤操作,那么此时A就被会RetryFilter直接排除, 以免再次失败
(2)AvailabilityZoneFilter (可用区域过滤器)
为提高容灾性并提供隔离服务,可以将计算节点划分到不同的可用区域中。Openstack默认有一 一个命名为nova的可用区域,所有的计算节点初始是放在nova区域中的。用户可以根据需要创建自己的一个可用区域。创建实例时,需要指定将实例部署在哪个可用区域中。Nova-scheduler执行过滤操作时,会使用AvailabilityZoneFilter不属于指定可用区 域计算节点过滤掉
(3)RamFilter (内存过滤器)
根据可用内存来调度虚拟机创建,将不能满足实例类型内存需求的计算节点过滤掉,但为了提高系统资源利用率,Openstack在计算节 点的可用内存时允许超过实际内存大小,超过的程度是通过nova.conf配置文件中
ram_allocation_ratio参数来控制的,默认值是1.5。

vi /etc/nova/nova.conf
ram_ allocation_ ratio=1 .5

(4)DiskFilter (硬盘调度器)
根据磁盘空间来调度虚拟机创建,将不能满足类型磁盘需求的计算节点过滤掉。磁盘同样允许超量,超量值可修改nova.conf中disk_allocation ratio参数控制,默认值是1.0

vi /etc/nova/nova.conf
disk_allcation_ratio=1.0

ComputeFilter(计算过滤器)
保证只有nova-compute服务正常:工作的计算节点才能被nova-scheduler调度,它是必选的过滤器。

ComputeCapablilitiesFilter (计算能力过滤器)
根据计算节点的特性来过滤,如x86_ 64和ARM架构的不同节点,要将实例

ImagePropertiesFilter(镜像属性过滤器)
根据所选镜像的属性来筛选匹配的计算节点。通过元数据来指定其属性。如希望镜像只运行在KVM的Hypervisor上,可以通过Hypervisor Type属性来指定。

ServerGroupAntiAffinityFilter(服务器组反亲和性过滤器)
要求尽量将实例分散部署到不同的节点上。例如有3个实例s1、s2、s3, 3个计算节点A、B、C。具体操作如下:创建一个anti-affinit策略的服务器组openstack server group create -policy antiaffinity group-1创建三个实例,将它们放入group-1服务器组openstack server create -flavor m1.tiny -image cirros -hint group=group-1 s1openstack server create -flavor m1.tiny -image cirros -hint group=group-1 s2openstack server create -flavor m1.tiny -image cirros -hint group=group-1 s3

ServerGroupAffinityFilter(服务器组亲和性过滤器)
与反亲和性过滤器相反,此过滤器尽量将实例部署到同-个计算节点上
2-3 权重(weight)
nova-scheduler服务可以使用多个过滤器依次进行过滤。过滤之后的节点再通过计算权重选出能够部署实例的节点。
注意: 所有权重位于nova/scheduler/weights目录下。目前默认实现是RAMweighter,根据计算节点空闲的内存量计算权重值,空闲越多,权重越大,实例将被部署到当前空闲内存最多的计算节点上

3、Compute

Nova-compute在计算节点_ 上运行,负责管理节点上的实例。通常一 个主机运行一 个Nova-compute服务,一个实例部署在哪个可用的主机上取决于调度算法。OpenStack对实例的操作, 最后都是提交给Nova-compute来完成。
Nova-compute可分为两类,一类是定向openstack报告计算节点的状态,另一类是实现实例生命周期的管理。

通过Driver (驱动)架构支持多种Hypervisor虚拟机管理器
面对多种Hypervisorn nBva-compute为这 些Hypervisor定义统一的接口Hypervisor只需要实现这些接口,就可以Driver的形式即插即用到OpenStack系统中

定期向OpenStack报告计算节点的状态
每隔一段时间,nova-compute就会报告当前计算节点的资源使用情况和nova-compute服务状态。
nova-compute是通过Hypervisor的驱动获取这些信息的。
实现虚拟机实例生命周期的管理
OpenStack对虚拟机实例最主要的操作都是通过nova-compute实现的。 创建、关闭、重启、挂起、恢复、中止、调整大小迁移、快照以实例创建为例来说明nova-compute的实现过程。
(1)为实例准备资源。
(2)创建实例的镜像文件。
(3)创建实例的XML定义文件。
(4)创建虚拟网络并启动虚拟机。

4、Conductor

由nova-conductor模块实现,旨在为数据库的访问提供一层安全保障。Nova-conductor作为nova-compute服务与数据库之间交互的中介,避免了直接访问由nova-compute服务创建对接数据库。
Nova-compute访问数据库的全部操作都改到nova-conductor中,nova-conductor作为对数据库操作的一个代理,而且nova-conductor是部署在控制节点上的
Nova-conductor有助于提高数据库的访问性能,nova-compute可以创建多个线程使用远程过程调用(RPC)访问nova-conductor。
在一个大规模的openstack部署环境里,管理员可以通过增加nova-conductor的数量来应付月益增长的计算节点对数据库的访问量

5、PlacementAPI

以前对资源的管理全部由计算节点承担,在统计资源使用情况时,只是简单的将所有计算节点的资源情况累加起来,但是系统中还存在外部资源,这些资源由外部系统提供。如ceph、nfs等提供的存储资源等。面对多种多样的资源提供者,管理员需要统一的、简单的管理接口来统计系统中资源使用情况,这个接口就是PlacementAPl。
PlacementAPI由nova-placement-api服务来实现,旨在追踪记录资源提供者的目录和资源使用情况。被消费的资源类型是按类进行跟踪的。如计算节点类、共享存储池类、IP地址类等。

四、虚拟机实例化流程

用户可用通过多种方式访问虚拟机的控制台
Nova-novncproxy守护进程: 通过vnc连接访问正在运行的实例提供一 个代理,支持浏览器novnc客户端。
Nova-spicehtml5proxy守护进程: 通过spice连接访问正在运行的实例提供一个代理,支持基于html5浏览器的客户端
Nova-xvpvncproxy守护进程: 通过vnc连接访问正在运行的实例提供一个代理,支持openstack专用的java客户端
Nova-consoleauth守护进程: 负责对访问虚拟机控制台提供用户令牌认证。这个服务必须与控制台代理程序共同使用。.

五、控制台接口

首先用户(可以是OpenStack最终用户,也可以是其他程序)执行Nova Client提供的用于创建虚拟机的命令
nova-api服务监听到来自于Nova Client的HTTP请求,并将这些请求转换为AMQP消息之后加入消息队列。
通过消息队列调用nova-conductor服务。
nova-conductor服务从消息队列中接收到虚拟机实例化请求消息后, 进行一些准备工作。
nova-conductor服务通过消息队列告诉nova-scheduler服务去选择一 个合适的计算节点来创建虚拟机,此时nova-scheduler会读取数据库的内容。
nova-conductor服务从nova-scheduler服务得到了合适的将计算节点的信息后,在通过消息队列来通知nova-compute服务实现虚拟机的创建。

六、nova部署架构

1、nova经典部署模式架构图

在这里插入图片描述

2、nova负载均衡部署模式架构图

在这里插入图片描述

3、nova的cell架构

1)cells v2的架构图
在这里插入图片描述
当openstack nova集群的规模变大时,数据库和消息队列服务就会出现瓶颈问题。Nova为提高水平扩展及分布式、大规模的部署能力,同时又不增加数据库和消息中间件的复杂度,引入了Cell概念。
Cell可译为单元。为支持更大规模的部署,openstack将大的nova集群分成小的单元,每个单元都有自己的消息队列和数据库,可以解决规模增大时引起的瓶颈问题。在Cell中,Keystone、Neutron、 Cinder,Glance等资源是共享的。
API节点上的数据库
nova_api数据库中存放全局信息,这些全局数据表是从nova库迁过来的,如flavor (实例模型)、instance groups实例组)、quota (配额)
nova_ cell0数据库的模式与nova一样,主要用途就是当实例调度失败时,实例的信息不属于任何一个Cell,因而存放到nova_cell0数据库中。
2)单cell架构图与多cell架构图
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

七、nova的元数据

元数据作用是通过向虚拟机实例注入元数据信息,实例启动时获得自己的元数据,实例中的cloud-init工具根据元数据完成个性化配置工作。
Openstack将cloud-init定制虚拟机实例配置时获取的元数据信息分成两大类:元数据(metadata)和用户数据(user data)。
元数据指的是结构化数据,以键值对形式注入实例,包括实例自身的一些常用属性,如主机名、网络配置信息(IP地址和安全组)。SSH密钥等。
用户数据是非结构化数据,通过文件或脚本的方式进行注入,支持多种文件格式,如gzip、shell、cloud-init配置文件等, 主要包括一些命令、 脚本,比如shell脚本。
Openstack将元数据和用户数据的配置信息注入机制分为两种,一种是配置驱动器机制,另一种是元数据服务机制。

八、部署nova组件

部署思路:
Nova 计算服务为 OpenStack 云环境提供了计算能力,相关环境需要在控制节点和计算节点分别进行部署。
##控制节点主要安装##

​ nova-api(nova主服务)
 ​nova-scheduler(nova调度服务)
 ​nova-conductor(nova数据库服务,提供数据库访问)
 ​nova-novncproxy(nova的vnc服务,提供实例的控制台)

##计算节点主要安装##

nova-compute(nova计算服务)

###在 ct 上配置 Nova 服务###
1、创建nova数据库,并执行授权操作。

mysql -uroot -p123123
CREATE DATABASE nova_api;
CREATE DATABASE nova;
CREATE DATABASE nova_cell0;


GRANT ALL PRIVILEGES ON nova_api.* TO 'nova'@'localhost' IDENTIFIED BY 'NOVA_DBPASS';
GRANT ALL PRIVILEGES ON nova_api.* TO 'nova'@'%' IDENTIFIED BY 'NOVA_DBPASS';

RIVILEGES ON nova.* TO 'nova'@'localhost' IDENTIFIED BY 'NOVA_DBPASS';
GRANT ALL PRIVILEGES ON nova.* TO 'nova'@'%' IDENTIFIED BY 'NOVA_DBPASS';

RIVILEGES ON nova_cell0.* TO 'nova'@'localhost' IDENTIFIED BY 'NOVA_DBPASS';
GRANT ALL PRIVILEGES ON nova_cell0.* TO 'nova'@'%' IDENTIFIED BY 'NOVA_DBPASS';

flush privileges;
quit

2、创建 nova 用户及实体

openstack user create --domain default --password NOVA_PASS nova     ##创建nova用户
openstack role add --project service --user nova admin           ##向nova用户添加admin角色
openstack service create --name nova --description "OpenStack Compute" compute  ##创建nova服务实体

3、创建 compute API 服务端点

openstack endpoint create --region RegionOne compute public http://ct:8774/v2.1
openstack endpoint create --region RegionOne compute internal http://ct:8774/v2.1
openstack endpoint create --region RegionOne compute admin http://ct:8774/v2.1

4、安装软件包

yum -y install openstack-nova-api openstack-nova-conductor openstack-nova-novncproxy openstack-nova-scheduler

为了避免后面服务起不来,多yum几次保险起见

5、修改配置文件

cp -a /etc/nova/nova.conf{
    
    ,.bak}
grep -Ev '^$|#' /etc/nova/nova.conf.bak > /etc/nova/nova.conf

openstack-config --set /etc/nova/nova.conf DEFAULT enabled_apis osapi_compute,metadata
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf DEFAULT my_ip 192.168.241.9    ##修改为ct的IP
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf DEFAULT use_neutron true
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf DEFAULT firewall_driver nova.virt.firewall.NoopFirewallDriver
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf DEFAULT transport_url rabbit://openstack:RABBIT_PASS@ct
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf api_database connection mysql+pymysql://nova:NOVA_DBPASS@ct/nova_api
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf database connection mysql+pymysql://nova:NOVA_DBPASS@ct/nova
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement_database connection mysql+pymysql://placement:PLACEMENT_DBPASS@ct/placement
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf api auth_strategy keystone
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken auth_url http://ct:5000/v3
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken memcached_servers ct:11211
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken auth_type password
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken project_domain_name Default
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken user_domain_name Default
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken project_name service
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken username nova
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken password NOVA_PASS
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf vnc enabled true
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf vnc server_listen '$my_ip'
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf vnc server_proxyclient_address '$my_ip'
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf glance api_servers http://ct:9292
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf oslo_concurrency lock_path /var/lib/nova/tmp
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement region_name RegionOne
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement project_domain_name Default
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement project_name service
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement auth_type password
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement user_domain_name Default
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement auth_url http://ct:5000/v3
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement username placement
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement password PLACEMENT_PASS

6、导入数据库

su -s /bin/sh -c "nova-manage api_db sync" nova
su -s /bin/sh -c "nova-manage cell_v2 map_cell0" nova
su -s /bin/sh -c "nova-manage cell_v2 create_cell --name=cell1 --verbose" nova
su -s /bin/sh -c "nova-manage db sync" nova

7、验证 nova cell0 和 cell1 是否正确注册

su -s /bin/sh -c "nova-manage cell_v2 list_cells" nova

8、启动 Nova 服务并配置开机启动

systemctl start openstack-nova-api openstack-nova-scheduler openstack-nova-conductor openstack-nova-novncproxy

systemctl enable openstack-nova-api openstack-nova-scheduler openstack-nova-conductor openstack-nova-novncproxy

9、检查nova服务是否启动

netstat -tnlup|egrep '8774|8775'

curl http://ct:8774

###在 c1 、c2节点上配置 Nova 服务###
1、计算节点安装软件包并修改配置文件

yum -y install openstack-nova-compute
cp -a /etc/nova/nova.conf{
    
    ,.bak}

grep -Ev '^$|#' /etc/nova/nova.conf.bak > /etc/nova/nova.conf

openstack-config --set /etc/nova/nova.conf DEFAULT enabled_apis osapi_compute,metadata
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf DEFAULT transport_url rabbit://openstack:RABBIT_PASS@ct
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf DEFAULT my_ip 192.168.241.10   ##修改为c1的IP;c2节点配置c2的IP
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf DEFAULT use_neutron true
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf DEFAULT firewall_driver nova.virt.firewall.NoopFirewallDriver
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf api auth_strategy keystone
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken auth_url http://ct:5000/v3
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken memcached_servers ct:11211
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken auth_type password
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken project_domain_name Default
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken user_domain_name Default
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken project_name service
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken username nova
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf keystone_authtoken password NOVA_PASS
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf vnc enabled true
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf vnc server_listen 0.0.0.0
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf vnc server_proxyclient_address '$my_ip'
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf vnc novncproxy_base_url http://192.168.241.9:6080/vnc_auto.html
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf glance api_servers http://ct:9292
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf oslo_concurrency lock_path /var/lib/nova/tmp
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement region_name RegionOne
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement project_domain_name Default
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement project_name service
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement auth_type password
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement user_domain_name Default
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement auth_url http://ct:5000/v3
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement username placement
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf placement password PLACEMENT_PASS
openstack-config --set /etc/nova/nova.conf libvirt virt_type qemu

2、判断计算机是否支持虚拟机硬件加速

egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo
##########
上述命令返回值不是 0,则计算节点支持硬件加速,不需要进行下面的配置。 
上述命令返回值是 0,则计算节点不支持硬件加速,并且必须配置 libvirt 为使用 
QEMU 而不是 KVM,需要编辑/etc/nova/nova.conf 文件中的[libvirt]部分
vim /etc/nova/nova.conf 
[libvirt]
virt_type = qemu

3、开启 Nova 计算服务并配置开机启动

systemctl start libvirtd.service openstack-nova-compute.service

systemctl enable libvirtd.service openstack-nova-compute.service

友情提示: 请注意:当有多个计算节点,并通过scp命令将配置文件拷贝到其他计算节点时,如果发现无法启动服务, 且错误为:“Failed to open some config files: /etc/nova/nova.conf”, 那么主要原因是配置文件权限错误, 需修改nova.conf文件的属主和属组为 root。

####ct 节点后续操作###
1、添加计算节点到 cell 数据库

openstack compute service list --service nova-compute

2、发现计算节点

su -s /bin/sh -c "nova-manage cell_v2 discover_hosts --verbose" nova

如果以后添加新的计算节点时,必须在控制器节点上运行 su -s /bin/sh -c "nova-manage cell_v2 discover_hosts --verbose" nova 以注册这些新的计算节点。

3、设置适当的发现时间间隔(可选操作)

vim /etc/nova/nova.conf
[scheduler]
discover_hosts_in_cells_interval = 300				#默认单位为秒

systemctl restart openstack-nova-api.service

4、验证计算服务

openstack compute service list     #列出服务组件以验证每个进程的成功启动和注册情况
openstack catalog list      #列出身份服务中的API端点以验证与身份服务的连接
openstack image list      #列出图像服务中的图像以验证与图像服务的连接性
nova-status upgrade check     #检查Cells和placement API是否正常运行

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