OpenStack架构

1、OpenStack是什么

    OpenStack既是一个 区，也是一个项目和一个开源软件，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。

    OpenStack旗下包含了一组由 区维护的开源项目，他们分别是OpenStack Compute(Nova)，OpenStack Object Storage(Swift)，以及OpenStack Image Service(Glance)。
    OpenStack Compute：为云组织的控制器，它提供一个工具来部署云，包括运行实例、管理 络以及控制用户和其他项目对云的访问(the cloud through users and projects)。它底层的开源项目名称是Nova，其提供的软件能控制IaaS云计算平台，类似于Amazon EC2和Rackspace Cloud Servers。 实际上它定义的是，与运行在主机操作系统上潜在的虚拟化机制交互的驱动，暴露基于Web API的功能。
    OpenStack Object Storage：是一个可扩展的对象存储系统。对象存储支持多种应用，比如复制和存档数据，图像或视频服务，存储次级静态数据，开发数据存储整合的新应用，存储容量难以估计的数据，为Web应用创建基于云的弹性存储。
    OpenStack Image Service：是一个虚拟机镜像的存储、查询和检索系统，服务包含的RESTful API允许用户通过HTTP请求查询VM镜像元数据，以及检索实际的镜像。VM镜像有四种配置方式：简单的文件系统，类似OpenStack Object Storage的对象存储系统，直接用Amazon’s Simple Storage Solution (S3) 存储，用带有Object Store的S3间接访问S3。

    三个项目的基本关系如下图1-1所示：

图 2-1 OpenStack概念架构

3、OpenStack Compute架构

3.1 OpenStack Compute逻辑架构

    OpenStack Compute逻辑架构中，组件中的绝大多数可分为两种自定义编写的Python守护进程(custom written python daemons)。
    a) 接收和协调API调用的WSGI应用(nova-api, glance-api, etc)
    b) 执行部署任务的Worker守护进程(nova-compute, nova-network, nova-schedule, etc.)
    然而，逻辑架构中有两个重要的部分，既不是自定义编写，也不是基于Python，它们是消息队列和数据库。二者简化了复杂任务（通过消息传递和信息共享的任务）的异步部署。
    逻辑架构图3-1如下所示：

图3-2 逻辑架构到概念架构的映射

3.3 OpenStack Compute系统架构

    OpenStack Compute由一些主要组件组成。“Cloud controller”包含很多组件，它表示全局状态，以及与其他组件交互。实际上，它提供的是Nova-api服务。它的功能是：为所有API查询提供一个端点，初始化绝大多数的部署活动，以及实施一些策略。API 服务器起cloud controller web Service前端的作用。Compute controller提供compute服务资源，典型包含compute service，Object Store component可选地提供存储服务。Auth manager提供认证和授权服务，Volume controller为compute servers提供快速和持久的块级别存储。Network controller提供虚拟 络使compute servers彼此交互以及与公 进行交互。Scheduler选择最合适的compute controller来管理(host)一个实例。
    OpenStack Compute建立在无共享、基于消息的架构上。Cloud controller通过HTTP与internal object store交互，通过AMQP和scheduler、network controller、 和volume controller 来进行通信。为了避免在等待接收时阻塞每个组件，OpenStack Compute用异步调用的方式。
    为了获得带有一个组件多个备份的无共享属性，OpenStack Compute将所有的云系统状态保持在分布式的数据存储中。对系统状态的更新会写到这个存储中，必要时用原子事务。
    对系统状态的请求会从store中读出。在少数情况下，控制器也会短时间缓存读取结果。

3.4 OpenStack Compute物理架构

    OpenStack Compute采用无共享、基于消息的架构，非常灵活，我们能安装每个nova- service在单独的服务器上，这意味着安装OpenStack Compute有多种可能的方法。可能多结点部署唯一的联合依赖性，是Dashboard必须被安装在nova-api服务器。几种部署架构如下：
    a) 单结点：一台服务器运行所有的nova- services，同时也驱动虚拟实例。这种配置只为尝试OpenStack Compute，或者为了开发目的；
    b) 双结点：一个cloud controller结点运行除nova-compute外的所有nova-services，compute结点运行nova-compute。一台客户计算机很可能需要打包镜像，以及和服务器进行交互，但是并不是必要的。这种配置主要用于概念和开发环境的证明。
    c) 多结点：通过简单部署nova-compute在一台额外的服务器以及拷贝nova.conf文件到这个新增的结点，你能在两结点的基础上，添加更多的compute结点，形成多结点部署。在较为复杂的多结点部署中，还能增加一个volume controller和一个network controller作为额外的结点。对于运行多个需要大量处理能力的虚拟机实例，至少是4个结点是最好的。
    一个可能的Openstack Compute多服务器部署（集群中联 的虚拟服务器可能会改变）如下3-3所示：

图3-4 多结点的部署架构二

3.5 OpenStack Compute服务架构

    因为Compute有多个服务，也可能有多种配置，下图3-5显示了总体的服务架构，以及服务之间的通信系统。

图5-1 五个Storage结点的OpenStack Object Storage物理架构

    参考文献
[1] OpenStack Compute Administration Guide: http://docs.openstack.org/trunk/openstack-compute/admin/content/index.html
[2] OpenStack Object Storage Developer Guide: http://docs.openstack.org/.

    中文翻译参考自《OpenStack的架构》：http://www.doserv.com/article/2012-05-15/4033078.shtml

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