openstack核心组件--nova计算服务（3）

一、nova介绍：

Nova 是 OpenStack 最核心的服务，负责维护和管理云环境的计算资源。OpenStack 作为 IaaS 的云操作系统， 虚拟机生命周期管理也就是通过 Nova 来实现的。

用途与功能 :

1) 实例生命周期管理

2) 管理计算资源

3) 网络和认证管理

4)REST 风格的 API

5) 异步的一致性通信

6)Hypervisor 透明：支持Xen,XenServer/XCP,KVM, UML, VMware vSphere and Hyper-V

http://7xo6kd.com1.z0.glb.clouddn.com/upload-ueditor-image-20160419-1461074052420062067.png

在上图中可以看到，Nova 处于 Openstak 架构的中心，其他组件都为 Nova 提供支持： Glance 为 VM 提供 image，Cinder 和 Swift 分别为 VM 提供块存储和对象存储，Neutron 为 VM 提供网络连接。

Nova 架构如下：

http://7xo6kd.com1.z0.glb.clouddn.com/upload-ueditor-image-20160419-1461074078681029733.png

Nova 的架构比较复杂，包含很多组件。这些组件以子服务（后台 deamon 进程）的形式运行，可以分为以下几类：

1.API

nova-api

是整个 Nova 组件的门户，接收和响应客户的 API 调用。所有对 Nova 的请求都首先由 nova-api 处理。nova-api 向外界暴露若干 HTTP REST API 接口在 keystone 中我们可以查询 nova-api 的 endponits。

客户端就可以将请求发送到 endponits 指定的地址，向 nova-api 请求操作。当然，作为最终用户的我们不会直接发送 Rest AP I请求。 OpenStack CLI，Dashboard 和其他需要跟 Nova 交换的组件会使用这些 API。

Nova-api 对接收到的 HTTP API 请求会做如下处理：

1. 检查客户端传入的参数是否合法有效

2. 调用 Nova 其他子服务的处理客户端 HTTP 请求

3. 格式化 Nova 其他子服务返回的结果并返回给客户端

nova-api 接收哪些请求？

简单的说，只要是跟虚拟机生命周期相关的操作，nova-api 都可以响应。大部分操作都可以在 Dashboard 上找到。打开Instance管理界面

除了提供 OpenStack 自己的API，nova-api 还支持 Amazon EC2 API。也就是说，如果客户以前使用 Amazon EC2，并且用 EC2 的 API 开发了些工具来管理虚机，那么如果现在要换成 OpenStack，这些工具可以无缝迁移到 OpenStack，因为 nova-api 兼容 EC2 API，无需做任何修改。

2.Compute Core

a）nova-scheduler：

虚机调度服务，负责决定在哪个计算节点上运行虚机。创建 Instance 时，用户会提出资源需求，例如 CPU、内存、磁盘各需要多少。OpenStack 将这些需求定义在 flavor 中，用户只需要指定用哪个 flavor 就可以了。

可用的 flavor 在 System->Flavors 中管理。

下面介绍 nova-scheduler 是如何实现调度的。在 /etc/nova/nova.conf 中，nova 通过 driver=filter_scheduler 这个参数来配置 nova-scheduler。

driver=filter_scheduler

Filter scheduler

Filter scheduler 是 nova-scheduler 默认的调度器，调度过程分为两步：

1. 通过 过滤器（filter）选择满足条件的计算节点（运行 nova-compute）

2. 通过 权重计算（weighting）选择在最优（权重值最大）的计算节点上创建 Instance。

Nova 允许使用第三方 scheduler，配置 scheduler_driver 即可。这又一次体现了OpenStack的开放性。Scheduler 可以使用多个 filter 依次进行过滤，过滤之后的节点再通过计算权重选出最适合的节点。

上图是调度过程的一个示例：

1. 最开始有 6 个计算节点 Host1-Host6

2. 通过多个 filter 层层过滤，Host2 和 Host4 没有通过，被刷掉了

3. Host1，Host3，Host5，Host6 计算权重，结果 Host5 得分最高，最终入选

当 Filter scheduler 需要执行调度操作时，会让 filter 对计算节点进行判断，filter 返回 True 或 False。经过前面一堆 filter 的过滤，nova-scheduler 选出了能够部署 instance 的计算节点。

如果有多个计算节点通过了过滤，那么最终选择哪个节点呢？

Scheduler 会对每个计算节点打分，得分最高的获胜。打分的过程就是 weight，翻译过来就是计算权重值，那么 scheduler 是根据什么来计算权重值呢？

目前 nova-scheduler 的默认实现是根据计算节点空闲的内存量计算权重值：空闲内存越多，权重越大，instance 将被部署到当前空闲内存最多的计算节点上。

b）nova-compute：

nova-compute 是管理虚机的核心服务，在计算节点上运行。通过调用Hypervisor API实现节点上的 instance的生命周期管理。 OpenStack 对 instance 的操作，最后都是交给 nova-compute 来完成的。 nova-compute 与 Hypervisor 一起实现 OpenStack 对 instance 生命周期的管理。

通过Driver架构支持多种Hypervisor

Hypervisor是计算节点上跑的虚拟化管理程序，虚机管理最底层的程序。不同虚拟化技术提供自己的 Hypervisor。常用的 Hypervisor 有 KVM，Xen， VMWare 等。nova-compute 为这些 Hypervisor 定义了统一的接口，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。下面是Nova Driver的架构示意图：

c）nova-conductor：

nova-compute 经常需要更新数据库，比如更新和获取虚机的状态。出于安全性和伸缩性的考虑，n ova-compute 并不会直接访问数据库，而是将这个任务委托给 nova-conductor。

这样做有两个显著好处：

1. 更高的系统安全性

2. 更好的系统伸缩性

Console Interface

nova-console：用户可以通过多种方式访问虚机的控制台：

nova-novncproxy：基于 Web 浏览器的 VNC 访问

nova-spicehtml5proxy：基于 HTML5 浏览器的 SPICE 访问

nova-xvpnvncproxy：基于 Java 客户端的 VNC 访问

nova-consoleauth：负责对访问虚机控制台请求提供 Token 认证

nova-cert：提供 x509 证书支持

Database

Nova 会有一些数据需要存放到数据库中，一般使用 MySQL。数据库安装在控制节点上。 Nova 使用命名为 “nova” 的数据库。

Message Queue

在前面我们了解到 Nova 包含众多的子服务，这些子服务之间需要相互协调和通信。为解耦各个子服务， Nova 通过 Message Queue 作为子服务的信息中转站。 所以在架构图上我们看到了子服务之间没有直接的连线， 是通过 Message Queue 联系的。

http://7xo6kd.com1.z0.glb.clouddn.com/upload-ueditor-image-20160419-1461074312658018704.png

OpenStack 默认是用 RabbitMQ 作为 Message Queue。 MQ 是 OpenStack 的核心基础组件，我们后面也会详细介绍。

二、Nova 组件如何协同工作

Nova 物理部署方案

前面大家已经看到 Nova 由很多子服务组成，我们也知道 OpenStack 是一个分布式系统，可以部署到若干节点上，那么接下来大家可能就会问：Nova 的这些服务在物理上应该如何部署呢？

对于 Nova，这些服务会部署在两类节点上： 计算节点和控制节点。

计算节点上安装了 Hypervisor，上面运行虚拟机。由此可知：

1. 只有 nova-compute 需要放在计算节点上。

2. 其他子服务则是放在控制节点上的。

下面我们可以看看实验环境的具体部署情况。通过在计算节点和控制节点上运行

ps -elf | grep nova 来查看运行的 nova 子服务

计算节点compute只运行了nova-compute子服务

控制节点controller运行了若干nova-*子服务

RabbitMQ 和 MySQL 也是放在控制节点上的。可能细心的同学已经发现我们的控制节点上也运行了 nova-compute。这实际上也就意味着 devstack-controller 既是一个控制节点，同时也是一个计算节点，也可以在上面运行虚机。

这也向我们展示了 OpenStack 这种分布式架构部署上的灵活性：可以将所有服务都放在一台物理机上，作为一个 All-in-One 的测试环境；也可以将服务部署在多台物理机上，获得更好的性能和高可用。

另外，也可以用 nova service-list 查看 nova-* 子服务都分布在哪些节点上

从虚机创建流程看 nova-* 子服务如何协同工作

从学习 Nova 的角度看，虚机创建是一个非常好的场景，涉及的 nova-* 子服务很全，下面是流程图。

客户（可以是 OpenStack 最终用户，也可以是其他程序）向 API（nova-api）发送请求：“帮我创建一个虚机”
API 对请求做一些必要处理后，向 Messaging（RabbitMQ）发送了一条消息：“让 Scheduler 创建一个虚机”
Scheduler（nova-scheduler）从 Messaging 获取到 API 发给它的消息，然后执行调度算法，从若干计算节点中选出节点 A
Scheduler 向 Messaging 发送了一条消息：“在计算节点 A 上创建这个虚机”
计算节点 A 的 Compute（nova-compute）从 Messaging 中获取到 Scheduler 发给它的消息，然后在本节点的 Hypervisor 上启动虚机。
在虚机创建的过程中，Compute 如果需要查询或更新数据库信息，会通过 Messaging 向 Conductor（nova-conductor）发送消息，Conductor 负责数据库访问。

以上是创建虚机最核心的步骤，这几个步骤向我们展示了 nova-* 子服务之间的协作的方式，也体现了 OpenStack 整个系统的分布式设计思想，掌握这种思想对我们深入理解 OpenStack 会非常有帮助。

三、nova配置文件：

 
    [DEFAULT] 
   
    my_ip=172.16.254.63 
   
    use_neutron = True 
   
    firewall_driver = nova.virt.firewall.NoopFirewallDriver 
   
    enabled_apis=osapi_compute,metadata 
   
    transport_url = rabbit://openstack:admin@controller 
   
    [api] 
   
    auth_strategy = keystone 
   
    [api_database] 
   
    connection = mysql+pymysql://nova:NOVA_DBPASS@controller/nova_api 
   
    [barbican] 
   
    [cache] 
   
    [cells] 
   
    [cinder] 
   
    os_region_name = RegionOne 
   
    [cloudpipe] 
   
    [conductor] 
   
    [console] 
   
    [consoleauth] 
   
    [cors] 
   
    [cors.subdomain] 
   
    [crypto] 
   
    [database] 
   
    connection = mysql+pymysql://nova:NOVA_DBPASS@controller/nova 
   
    [ephemeral_storage_encryption] 
   
    [filter_scheduler] 
   
    [glance] 
   
    api_servers = http://controller:9292 
   
    [guestfs] 
   
    [healthcheck] 
   
    [hyperv] 
   
    [image_file_url] 
   
    [ironic] 
   
    [key_manager] 
   
    [keystone_authtoken] 
   
    auth_uri = http://controller:5000 
   
    auth_url = http://controller:35357 
   
    memcached_servers = controller:11211 
   
    auth_type = password 
   
    project_domain_name = default 
   
    user_domain_name = default 
   
    project_name = service 
   
    username = nova 
   
    password = nova 
   
    [libvirt] 
   
    virt_type=qemu 
   
    [matchmaker_redis] 
   
    [metrics] 
   
    [mks] 
   
    [neutron] 
   
    url = http://controller:9696 
   
    auth_url = http://controller:35357 
   
    auth_type = password 
   
    project_domain_name = default 
   
    user_domain_name = default 
   
    region_name = RegionOne 
   
    project_name = service 
   
    username = neutron 
   
    password = neutron 
   
    service_metadata_proxy = true 
   
    metadata_proxy_shared_secret = METADATA_SECRET 
   
    [notifications] 
   
    [osapi_v21] 
   
    [oslo_concurrency] 
   
    lock_path=/var/lib/nova/tmp 
   
    [oslo_messaging_amqp] 
   
    [oslo_messaging_kafka] 
   
    [oslo_messaging_notifications] 
   
    [oslo_messaging_rabbit] 
   
    [oslo_messaging_zmq] 
   
    [oslo_middleware] 
   
    [oslo_policy] 
   
    [pci] 
   
    [placement] 
   
    os_region_name = RegionOne 
   
    auth_type = password 
   
    auth_url = http://controller:35357/v3 
   
    project_name = service 
   
    project_domain_name = Default 
   
    username = placement 
   
    password = placement 
   
    user_domain_name = Default 
   
    [quota] 
   
    [rdp] 
   
    [remote_debug] 
   
    [scheduler] 
   
    [serial_console] 
   
    [service_user] 
   
    [spice] 
   
    [ssl] 
   
    [trusted_computing] 
   
    [upgrade_levels] 
   
    [vendordata_dynamic_auth] 
   
    [vmware] 
   
    [vnc] 
   
    enabled=true 
   
    vncserver_listen=$my_ip 
   
    vncserver_proxyclient_address=$my_ip 
   
    novncproxy_base_url = http://172.16.254.63:6080/vnc_auto.html 
   
    [workarounds] 
   
    [wsgi] 
   
    [xenserver] 
   
    [xvp]