OpenStack（四）——Nova組件

• 一、Nova計算服務
• 二、Nova的架構
• 三、Nova組件介紹
• • 1、API
  • 2、Scheduler
  • • ①、Nova調度器類型
    • ②、調度器調度過程
  • 3、Compute
  • • ①、主要功能
    • ②、工作過程
  • 4、Conductor
  • 5、PlacementAPI
• 四、Nova的Cell架構
• • 1、單cell架構
  • • 舉例：創建虛擬機

一、Nova計算服務

• 計算服務是openstack最核心的服務之一，負責維護和管理云環境的計算資源，它在openstack項目中代號是nova。
• Nova自身并沒有提供任何虛擬化能力，它提供計算服務，使用不同的虛擬化驅動來與底層支持的Hypervisor（虛擬機管理器）進行交互。所有的計算實例（虛擬服務器）由Nova進行生命周期的調度管理（啟動、掛起、停止、刪除等）
• Nova需要keystone、glance、neutron、cinder和swift等其他服務的支持，能與這些服務集成,實現如加密磁盤、裸金屬計算實例等。

二、Nova的架構

• DB：用于數據存儲的sql數據庫
• API：用于接收HTTP請求、轉換命令、通過消息隊列或HTTP與其他組件通信的nova組件
• Scheduler：用于決定哪臺計算節點承載計算實例的nova調度器
• Network：管理IP轉發、網橋或虛擬局域網的nova網絡組件
• Compute：管理虛擬機管理器與虛擬機支架你通信的nova計算組件
• Conductor：處理需要協調（構建虛擬機或調整虛擬機大小）的請求，或處理對象轉換

三、Nova組件介紹

1、API

• API是客戶訪問nova的http接口，它由nova-api服務實現，nova-api服務接收和響應來自最終用戶的計算api請求。作為openstack對外服務的最主要接口，nova-api提供了一個集中的可以查詢所有api的端點。
• 所有對nova的請求都首先由nova-api處理。API提供REST標準調用服務，便于與第三方系統集成。
• 最終用戶不會直接改送RESTful API請求，而是通過openstack命令行、dashbord和其他需要跟nova交換的組件來使用這些API。
• 只要跟虛擬機生命周期相關的操作，nova-api都可以響應
• Nova-api對接收到的HTTP API請求做以下處理：
  • 檢查客戶端傳入的參數是否合法有效
  • 調用nova其他服務來處理客戶端HTTP請求
  • 格式化nova其他子服務返回結果并返回給客戶端
• Nova-api是外部訪問并使用nova提供的各種服務的唯一途徑，也是客戶端和nova之間的中間層

2、Scheduler

• Scheduler可譯為調度器，由nova-scheduler服務實現，主要解決的是如何選擇在哪個計算節點上啟動實例的問題。它可以應用多種規則，如果考慮內存用率、cpu負載率、cpu構架(intel/amd)等多種因素，根據一定的算法，確定虛擬機實例能夠運行在哪一臺計算服務器上。Nova-scheduler服務會從隊列中接收一個虛擬機實例的請求，通過讀取數據庫的內容，從可用資源池中選擇最合適的計算節點來創建的虛擬機實例。
• 創建虛擬機實例時，用戶會提出資源需求，如cpu、內存、磁盤各需要多少。Openstack將這些需求定義在實例類型中，用戶只需指定使用哪個實例類型就可以了

①、Nova調度器類型

• 隨機調度器（chance scheduler)：從所有正常運行nova-compute服務的節點中隨機選擇。
• 過濾器調度器(filter scheduler)：根據指定的過濾條件以及權重選擇最佳的計算節點。Filter又稱為篩選器
• 緩存調度器(caching scheduler)：可看作隨機調度器的一種特殊類型，在隨機調度的基礎上將主機資源信息緩存在本地內存中，然后通過后臺的定時任務定時從數據庫中獲取最新的主機資源信息。

②、調度器調度過程

• 【1】通過指定的過濾器選擇滿足條件的計算節點，比如內存使用率小于50%，可以使用多個過濾器依次進行過濾。
• 【2】對過濾之后的主機列表進行權重計算并排序，選擇最他的計算節點來創建虛擬機實例。

3、Compute

①、主要功能

• Nova-compute在計算節點上運行，負責管理節點上的實例。通常一個主機運行一個Nova-compute服務，一個實例部署在哪個可用的主機上取決于調度算法。OpenStack對實例的操作，最后都是提交給Nova-compute來完成。
• Nova-compute可分為兩類，一類是定向openstack報告計算節點的狀態，另一類是實現實例生命周期的管理。

簡單來說：
1、負責執行具體的與實例生命周期/管理實例相關的工作
2、報告節點狀態（寫入數據庫，保證scheduler讀取數據庫，數據庫信息的實時性、celimetor，監控和管理openstack實例資源并匯入給用戶/openstack本身/運維人員）

②、工作過程

• 定期向OpenStack報告計算節點的狀態
  • 每隔一段時間，nova-compute就會報告當前計算節點的資源使用情況和nova-compute服務狀態。
  • nova-compute是通過Hypervisor的驅動獲取這些信息的。
• 實現虛擬機實例生命周期的管理
  • OpenStack對虛擬機實例最主要的操作都是通過nova-compute實現的。
  • 創建、關閉、重啟、掛起、恢復、中止、調整大小、遷移、快照
  • 以實例創建為例來說明nova-compute的實現過程。
    • 為實例準備資源
    • 創建實例的鏡像文件
    • 創建實例的XML定義文件
    • 創建虛擬網絡并啟動實例

4、Conductor

• 由nova-conductor模塊實現，旨在為數據庫的訪問提供一層安全保障。Nova-conductor作為nova-compute服務與數據庫之間交互的中介，避免了直接訪問由nova-compute服務創建對接數據庫。
• Nova-compute訪問數據庫的全部操作都改到novaconductor中，nova-conductor作為對數據庫操作的一個代理，而且nova-conductor是部署在控制節點上的。
• Nova-conductor有助于提高數據庫的訪問性能，nova-compute可以創建多個線程使用遠程過程調用(RPC)訪問nova-conductor。
• 在一個大規模的openstack部署環境里，管理員可以通過增加nova-conductor的數量來應付日益增長的計算節點對數據庫的訪問量

5、PlacementAPI

• 以前對資源的管理全部由計算節點承擔，在統計資源使用情況時，只是簡單的將所有計算節點的資源情況累加起來，但是系統中還存在外部資源，這些資源由外部系統提供。如ceph、nfs等提供的存儲資源等。面對多種多樣的資源提供者，管理員需要統一的、簡單的管理接口來統計系統中資源使用情況，這個接口就是PlacementAPI。
• PlacementAPl由nova-placement-api服務來實現，旨在追蹤記錄資源提供者的目錄和資源使用情況。
• 被消費的資源類型是按類進行跟蹤的。如計算節點類、共享存儲池類、IP地址類等。

四、Nova的Cell架構

• 當openstack nova集群的規模變大時，數據庫和消息隊列服務就會出現瓶頸問題。Nova為提高水平擴展及分布式、大規模的部署能力，同時又不增加數據庫和消息中間件的復雜度，引入了Cell概念。
• Cell可譯為單元。為支持更大規模的部署，openstack較大的nova集群分成小的單元，每個單元都有自己的消息隊列和數據庫，可以解決規模增大時引起的瓶頸問題。在Cell中，Keystone、Neutron、Cinder、Glance等資源是共享的。
• API節點上的數據庫
• nova_api數據庫中存放全局信息，這些全局數據表是從nova庫遷過來的，如flavor (實例模型) 、 instance groups (實例組)、quota (配額)
• nova_cello數據庫的模式與nova一樣，主要用途就是當實例調度失敗時，實例的信息不屬于任何一個Cell，因而存放到nova_cell0數據庫中。

1、單cell架構

舉例：創建虛擬機

• Nova-api 接收、響應請求
• 交給conductor處理/協調
  • conductor——》scheduler調度器——》最適合創建虛擬機的節點
• 如果scheduler調度失敗
  • 將調度失敗的信息，存放在cell0中
  • nova-api會讀取cell0數據庫，獲取到失敗的信息/原因，返回給客戶端
• 如果scheduler調度成功
  • conductor就會將這個任務交給cell1處理（rabbitmq-cell接收、響應）
  • rabbitmq-cell——》conductor-cell——》交給節點上的compute進行具體創建——》compute匯報給cell1數據庫——》響應給conductor-cell——》rabbitmq-cell——》nova的conductor
  • nova-conductor接收到cell的返回之后，保存在api數據庫中（保存實例創建成功的信息）
  • nova-api組件，會讀取api數據庫，返回/響應給客戶端

總結

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