Openstack设计指南OpenStack是一个开源的云计算平台项目，旨在为公有云和私有云的建设和管理提供软件的开源实现。可扩展性和弹性是Openstack的设计原则之一，即Openstack的每个组件和组件内部的模块都应该是可插拔的，可以随意添加插件，而不需要修改现有的接口。驱动机制就是一个很好的例子。Nova通过不同的驱动支持不同的hypervisor，Cinder通过不同的驱动支持不同的存储后端，Neutron通过各种代理支持不同的网络类型，Sahara通过各种插件支持不同类型的hypervisor。不同的Hadoop发行版等等，在Openstack中几乎处处都有这样的影子。所有驱动程序都是可配置的。通过配置不同的驱动程序，每个组件可以注册不同的驱动程序来支持不同的资源类型。什么是ComputeDriver说到Nova，相信大家都会想到它的作用就是管理虚拟机，甚至会不自觉地自动联想到Libvirt、QEMU、KVM等概念。我基本每次面试都会问nova的实现原理。大多数受访者都能回答：Nova的原理是调用Libvirt的API来管理QEMU/KVM虚拟机。是的，我们大部分人在部署Openstack的时候都会用到libvirt驱动，所以很多人误以为Nova只是对Libvirt的一个封装，Nova只能管理虚拟机。但实际上，Nova的功能远不止于此。我特别需要强调的是：Libvirt只是众多计算驱动程序中的一个。Nova可以管理的不仅仅是虚拟机。要理解以上两点，我们首先需要了解什么是ComputeDriver？司机的概念相信大家都懂。当我们购买新相机或U盘时，我们需要将其连接到笔记本上。我们需要做的第一件事是安装驱动程序。很多驱动是通用的，比如U盘，插入USB接口就可以使用，因为内核已经内置了这类存储设备的驱动。某些设备的驱动程序不是通用的。通常，当您购买设备时，您会得到一张带有驱动程序的小光盘，需要将其安装到您的计算机上才能使用该设备。因此，这里的驱动程序可以认为是设备与操作系统的交互接口，或者说是一个代理。虽然硬件设备多种多样，但操作系统定义的接口通常是固定的，比如open()、read()、write()、ioctl()、close()等，只要驱动程序实现了这些接口，它可以被操作系统识别和管理。同样，Nova相当于一个操作系统，各种hypervisor相当于各种设备，ComputeDriver相当于一个驱动程序。ComputeDriver定义了近120个接口，都在nova/virt/driver.py上定义和描述，如：spawn：创建实例。destroy：删除一个实例。start：对应虚拟机，即开机操作。stop：对应虚拟机，是关机操作。reboot：对应虚拟机，是重启操作。……这些接口通常是固定的，也是所有具体实现必须遵循的规范。它们描述了所有接口的函数、参数、返回类型等信息，比如spawn接口：defspawn(self,context,instance,image_meta,injected_files,admin_password,network_info=None,block_device_info=None):"""Createanewinstance/VM/domainonthevirtualizationplatform.Oncethissuccessfullycompletes,theinstanceshouldberunning(power_state.RUNNING).Ifthisfails,anypartialinstanceshouldbecompletelycleanedup,andthevirtualizationplatformshouldbeinthestatethatitwasbeforethiscallbegan.:paramcontext:securitycontext:paraminstance:nova.objects.instance.InstanceThisfunctionshouldusethedatatheretoguidethecreationofthenewinstance.:paramnova.objects.ImageMetaimage_meta:Themetadataoftheimageoftheinstance.:paraminjected_files:Userfilestoinjectintoinstance.:paramadmin_password:Administratorpasswordtosetininstance.:paramnetwork_info:instancenetworkinformation:paramblock_device_info:Informationaboutblockdevicestobeattachedtotheinstance."""...注意：定义的接口并不要求全部实现，根据根据具体的后端实现，只实现一部分接口即可，其他未实现的接口只需要简单抛出NotImplementedError异常即可。LibvirtDriver是其中一种实现，位于nova/virt/libvirt/driver.py，其中的spawn()方法相当于调用了libvirt的define()和start()方法。destroy()相当于调用了libvirt的destroy()方法和undefine方法，其他方法也可以找到对应的调用关系。了解什么是ComputeDriver，并思考前两个问题：Libvirt只是众多计算驱动程序中的一个。相信只要深入了解Nova，阅读Nova源码，就不会有疑惑。最新版本的Nova项目原生支持的计算驱动程序包括：libvirthypervxenapivmwareapiironicNova不仅可以管理虚拟机。这很有趣，甚至令人难以置信，但这是真的。Nova管理的虚拟机以外的东西，有些可能只是一次尝试，有些已经成为历史，有些是独立的入口。怀着好奇心，不妨好好盘点一下，除了虚拟机，Nova还能管理哪些有趣的东西。Openstack有人看到这里开始质疑是不是这里的标题写错了。这显然是在谈论Nova可以管理什么。为什么他们突然转移话题来谈论Openstack？Nova不是Openstack的组件之一吗？Nova管理Nova吗？信不信由你，这是真的。其实原理很简单，将ComputeDriver的所有实现换成另外一个NovaAPI调用即可。例如，spawn()方法被转换为对另一个NovaAPI的“POST/servers”请求。我们称这种模式为级联Openstack。这有什么用？我们知道Openstack越来越成熟稳定，但是一直未能很好地支持大规模扩展。当规模达到一定程度时，数据库、消息队列等都会成为性能瓶颈，限制单个Openstack规模的增长。社区也为此想过一些解决方案。分区域，分小区，前面提到的级联Openstack，都是社区的一些尝试。这些尝试都是可行的，但都存在各自的问题。Region和Cell将在后续文章中介绍。这里只介绍级联Openstack。官方文档参考OpenStack级联方案。原理如图：其实不仅是Nova，其他所有组件都可以通过类似的方式进行级联，实现大规模扩展：理论上，这种方式可以无限扩展Openstack节点，没有规模限制。其实在部署和实现上还有很多挑战，比如如何同步各个子集群的信息，网络通信等。目前社区已经把这部分实现逻辑单独拿出来，新开了两个相关项目[Tricircle]((https://wiki.openstack.org/wiki/Tricircle)和Trio2o，这两个项目基本都开发好了华为的，一个负责网管，一个负责级联，目前这两个项目还不是特别成熟，但是对支持大规模Openstack集群还是有借鉴意义的。多年来，甚至有人说Docker将取代虚拟机，K8S将取代Openstack，虽然这种描述过于夸张和不合理，但足以证明Docker的火爆程度，因此社区长期以来一直在尝试整合Docker。在Openstack的K版本中，Nova已经支持Docker驱动，可以通过Nova启动Docker容器，实现原理并不难，spawn()方法相当于调用Docker的run接口（实际上是调用create()和start()API），以及destroy()方法，然后调用Docker的rm接口。其他接口类似。Nova的Docker驱动项目地址为nova-docker。不过Docker毕竟是容器，和虚拟机还是有区别的。使用Nova集成Docker很难支持Docker的一些Advanced特性，比如link，volume等，于是有人提出集成Heat，通过Heat可以充分利用DockerAPI，但是缺少调度机制。于是新建了一个项目，提供容器服务，支持多租户和资源调度，这个项目的名字叫magnum。后来magnum想专注于容器编排服务，整合K8S、DockerSwarm等容器编排服务，而单体容器服务是一个独立的项目Zun。既然裸机Nova可以管理虚拟机，那肯定有人在思考，我们能不能管理我们的物理机呢？好吧，诺瓦做到了。Nova很早就支持裸机管理了。原理是现在调用IPMI接口代替原来的Libvirt接口，从而实现裸机管理。所以Nova的裸机驱动相当于封装了ipmitool命令。其实也是shell调用ipmitool。起初，裸机管理的代码实现直接放在Nova源码中，后来又单独独立出一个Ironic项目，提供裸机管理服务。原始IPMI包放在ironic-conductor服务中，所有裸机操作都必须通过ironic-api调用。因此，原来的Nova裸机驱动实现被带有ironic-api包的直接IPMI包所取代。总结除了上面提到的虚拟机，Openstack本身，Docker容器，物理机，Nova以后可能会支持更多的东西，现在可能想不到，以后会怎么样谁又说不准。【本文为专栏作家“傅光平”原创文章，如需转载请get联系】点击查看更多该作者好文
