OpenStack

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什么是云计算
基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式

这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问,迚入可配置的计算资源共享池
这些资源能够被快速提供,只需投入很少的管理工作,戒不服务供应商迚行很少的交互
通常涉及通过互联网来提供劢态易扩展且经常是虚拟化的资源

云计算服务模型
一、IaaS
IaaS是Infrastructure as a server的缩写，意思是基础设施即服务。云端公司把IT环境的基础设施建设好，然后直接对外出租硬件服务器或者虚拟机。消费者可以利用所有计算基础设施，包括处理CPU、内存、存储、网络和其它基本的计算资源，用户能够部署和运行任意软件，包括操作系统和应用程序。消费者不管理或控制任何云计算基础设施，但能控制操作系统的选择、存储空间、部署的应用，也有可能获得有限制的网络组件（例如路由器、防火墙、负载均衡器等）的控制。如下图所示：

云端公司一般都会有一个自助网站，用户可以向云端公司签订租赁协议以获取一个账号，登录之后可以管理自己的计算设备：开关机、安装操作系统、安装应用软件等。

Iaas优缺点：
IaaS型租用方式对用户来说优点很明显，就是非常灵活，也是*度最大的一种类型。用户可以决定安装什么操作系统，以及是否需要安装或者安装什么类型的数据库，安装什么软件等等。就像自己买了台电脑，如何使用是你全权做主。
不过缺陷也很明显，除了管理维护量大之外，还有一个缺陷就是：计算资源严重浪费。操作系统、数据库以及中间件本身就要消耗大量的计算资源，而这些消耗对于租户而已是必须的但是又是无用的，因为用户只是想要运行软件。

二、PaaS
PaaS是Platform as a Server的缩写，意思是平台即服务，即把运行用户所需的软件的平台作为服务出租。如下图所示：

云端公司要做事情就是运行软件所需要的下7层部署完毕，然后再PssS上划分小块（习惯称之为容器）对外出租，租户只需要安装和使用软件就可以了。
平台软件层包括操作系统、数据库、中间件和运行库，但是并不是每一个软件都需要这4部分的支持，需要什么是由软件决定的。所以PaaS又分为2种，半平台PaaS和全平台PaaS。
1、半平台PaaS：只安装操作系统，其他的租户自己去解决。这样会比较麻烦，因为你需要有较强的技术实力，而且需要耗费部分资源去安装软件运行需要的、的中间件、运行库、数据库。
2、全平台PaaS：安装应用软件依赖的全部平台软件，也就是4部分全部准备完毕。不过大家也知道，世界上的应用软件如此庞大，支撑他们的语言、数据库、中间件、运行库可能都不一样，PaaS云端公司不可能全部都去安装，所以他们支持的软件是有限的。
相对于IaaS来说，PaaS租户的灵活性降低了，只能在云端提供的有限平台范围内做软件，但是优点也很明显，能够最大化利用租用的资源和不需要租户有高深的IT技术。

三、SaaS
SaaS是Software as a Server的缩写，意思是软件即服务。把软件租出去，用户连安装都不需要了。同样来看图：

对比PaaS略微有一点不同，应用软件是云端公司来安装、运维的，租户使用软件，需要管理的是这些软件产生的数据信息。
一般来说SaaS适用的软件都有如下的特点：
（1）复杂：软件庞大、安装复杂、使用复杂、运维复杂，单独购买架构昂贵，例如ERP、CRM、BI等。
（2）模块化：按功能模块划分，需要什么功能就组什么模块。
（3）多租户：多个企业用户同时操作，使用同一个软件而不是互相干扰。当然，数据是逻辑隔离的，不同用户的数据检索字段之一必然是用户身份信息。
（4）多币种多语言多时区的支持

四、DaaS
DaaS是Date as a Server的缩写，意思是数据即服务。云端公司负责建立全部的IT环境，收集用户需要的基础数据并且做数据分析，最后对分析结构或者算法提供编程接口，让数据成为服务。
如图：

DaaS是大数据时代的象征，能做DaaS服务的云端公司需要从数据积累、数据分析和数据交付三方面积累自身的核心竞争力。

OpenStack概述
OpenStack是一个开源的云计算管理平台项目，是一系列软件开源项目的组合。由NASA(美国国家航空航天局)和Rackspace合作研发并发起，以Apache许可证（Apache软件基金会发布的一个*软件许可证）授权的开源代码项目。

OpenStack简介
Openstack是一个云平台管理的项目，它不是一个软件。这个项目由几个主要的组件组合起来完成一些具体的工作。Openstack是一个旨在为公共及私有云的建设与管理提供软件的开源项目。它的社区拥有超过130家企业及1350位开发者，这些机构与个人将 Openstack作为基础设施即服务资源的通用前端。Openstack项目的首要任务是简化云的部署过程并为其带来良好的可扩展性。本文希望通过提供必要的指导信息，帮助大家利用 Openstack前端来设置及管理自己的公共云或私有云。

Openstack是由 Rackspace和NASA共同开发的云计算平台，帮助服务商和企业内部实现类似于 Amazon ec2和S3的云基础架构服务( Infrastructure as a Service)。 Openstack包括两个主要模块:Nova和 Swift。前者是NASA开发的虚拟服务器部署和业务计算模块;后者是 Backpack开发的分布式云存储模块，两者可以一起用，也可以分开单独用。 Openstack是开源项目，除了有 Rackspace和NASA的大力支持外，后面还有包括Dell、 Citrix、 Cisco Canonical这些重量级公司的贡献和支持，发展速度非常快，有取代另一个业界领先开源云台 Eucalyptus的态势。

OpenStack发展历程
Openstack项目虽然诞生时间不长,但其发展之迅速,在云计算领域的影响力扩展,使得这个年轻的项目成为业内所有人都不得不关注的焦点。

2010年 Openstack项目成立。该项目由美国国家航空航天局(NASA)和 Rackspace合作研发, Apache许可证开源目前为止共有以下版本:
1.Austin——Openstack发布的第一个版本,这是第一个开源的云计算平台。
2.Bexar——Openstack发布的第二个版本,添加了IPv6的支持、影像传递技术,以及Hyper-V和Xen等虚拟服务器功能。
3. Catus——Openstack发布的第三个版本,添加了虚拟化功能、自动化功能以及一个服务目录。
4. Diablo——Openstack发布的第四个版本,增加了新的图形化用户界面和统一身份识别管理系统。
5. Essex——Openstack发布的第五个版本,完善了 Keystone认证,删除了对 Windows Hyper-V支持的相关代码。
6.Folsom——2012年9月 Open Stack发布的第六版。 Folsom包括了 Nova swift、 Horizon Keystone、 Glance原有的五个子项目之外,又多增 Quantum和 Cinder两项。 Quantum支持了数个现有的虚拟网络套件,如 Open vSwitch、Ryu网络操作系统( Network Operation System,NOS)等,也包括了 Cisco、 Nicira和NEC等厂商提供的虚拟网络套件等, Quantun可以让Open Stack的IaS平台能采用软件定义网络( Software Defined network,SDN)的技术,如OrperFlow。Cinder则加强了区块( Block)与磁盘区( Volume)的储存能力。
7.Grizly——2013年4月Open Stack基金会发布的第七个版本。 Grizzly新增近230个新功能,涉及计算、存储、网络和共享服务等方面。例如 Open Stack计算虚拟化-计算使用“Cells”管理分布式集群,使用“NoDB”主机架构,以减少对*数据库的依赖。
8.Havana——2013年10月 Open Stack基金会发布的第八个版本。 Havana除了增加Open Stack Metering( Ceilometer)和 Open Stack Orchestration(Heat)两个新组件外,还完成了400多个特性计划,修补了3000多补丁。
9. Icehouse——2014年4月 Open Stack基金会发布的第九个版本。新版本提高了项目的稳定性与成熟度,提升用户体验的一致性,特别是针对存储方面。联合身份验证将允许用户通过相同认证信息同时访问 Open Stack私有云与共有云。新项目 Trove( DB as a service)现在已经成为版本中的组成部分,它允许用户在 Open Stack环境中管理关系数据库服务。
10.Juno——2014年10月 OpenStack基金会发布的第十个版本。新增包括围绕 Hadoop和 Spark集群管理和监控的自动化服务和支持软件开发、大数据分析和大规模应用架构在内的342个功能点,标志着 Open Stack正向大范围支持的成熟云平台快速前进。自 Openstack项目成立以来,超过200个公司加入了该项目,其中包括AT&T、AMD、 Cisco、Dell、IBM、 Intel、 Red hat等。目前参与 Openstack项目的开发人员有17000,来自139个国家,这一数字还在不断增长中。来自咨询机构 Forrester的分析表示, OpenStack已经逐步成为事实上( de facto)的基础架构云(IaaS)标准。

OpenStack发展趋势
尽管 Open Stack从诞生到现在已经变得日渐成熟，基本上已经能够满足云计算用户的大部分的需求。但随着云计算技术的发展， Open Stack必然也需要不断地完善。Open Stack已经逐渐成为市场上主流的一个云计算平台解决方案。结合业界的一般观点和调查中关于 Open Stack用户的意见， Open Stack需要完善的部分大体上可以归纳为以下几个方面:
(1)增强动态迁移:虽然 Open Stack的Nova组件支持动态迁移，但实质上 Open Stack尚未实现真正意义上的动态迁移。在 Open Stack中因为没有共存储只能做块迁移，共享迁移只能在有共享存储的情况下才被使用。
(2)数据安全:安全问题一直是整个云计算行业的问题，尽管 Open Stack中存在对用户身份信息的验证等安全措施，甚至划分出可以单独或合并表征安全信任等级的域，但随着用户需求的变化和发展，安全问题仍然不可小觑。
计费和数据监控:随着 Open Stack在公有云平台中的进一步部署，计费和监控成为公有云运营中的一个重要环节。云平台的管理者和云计算服务的提供者必然会进一步开发Open Stack的商业价值。尽管 Open Stack中已经有 Ceilometer计量组件，通过它提供的API接口可以实现收集云计算里面的基本数据和其他信息，但这项工程目前尚处于完善和测试阶段，还需要大量的技术人员予以维护和支持。

OpenStack工作流程
Open Stack的各个服务之间通过统一的REST风格的API调用，实现系统的松耦合。它内部组件的工作过程是一个有序的整体。诸如计算资源分配、控制调度、网络通信等都通过AMQP实现。 Open Stack的上层用户是程序员、一般用户和 Horizon界面等模块。这三者都是采用 Open Stack各个组件提供的API接口进行交互，而它们之间则是通过AMQP进行互相调用，它们共同利用底层的虚拟资源为上层用户和程序提供云计算服务。

OpenStack管理流程
OpenStack既然是一个开源的云平台项目，它的主要任务是给用户提供IaaS服务。
QEMU
QEMU是一个纯软件的计算机硬件仿真器。通过单独运行QEMU来模拟物理计算机，具有非常灵活和可移植的特点，利用它能够达到使用软件取代硬件的效果。
一般情况下，OpenStack可以部署在Ubuntu的Linux操作系统上，为了进一步提高QEMU的运行效率，往往会增加一个KVM硬件加速模块。KVM内嵌在Linux操作系统内核之中，能够直接参与计算机硬件的调度，这一点是QEMU所不具备的。一般的QEMU程序的执行必然要经过程序从用户态向内核态的转变，这必然会在一定程度上降低效率。所以QEMU虽然能够通过转换对硬件进行访问，但在OpenStack中往往采用KVM进行辅助，使得OpenStack的性能表现得更为良好。
但需要说明的是KVM需要良好的硬件支持，有些硬件本身如果不支持虚拟化的时候，KVM则不能使用。

Libvirt
Libvirt是一个开源的、支持Linux下虚拟化工具的函数库。实质上它就是为构建虚拟化管理工具的API函数。Libvirt是为了能够更方便地管理平台虚拟化技术而设计的开放源代码的应用程序接口，它不仅提供了对虚拟化客户机的管理，也提供了对虚拟化网络和存储的管理。
最初的 Libvirt是只针对Xen而设计的一系列管理和调度Xen下的虚拟化资源的API函数，目前高版本的 Libvirt可以支持多种虚拟化方案，包括KVM、QEMU、Xen、 VMware、 VirtualBox等在内的平台虚拟化方案，又支持 Openvz、LXC等 Linux容器虚拟化系统，还支持用户态Linux(UML)的虚拟化，它能够对虚拟化方案中的Hypervisor进行适配，让底层 Hypervisor对上层用户空间的管理工具可以做到完全透明。

OpenStack优势
模块松耦合：与其他开源软件相比，OpenStack模块分明。添加独立功能的组件非常简单。有时候，不需要通读整个OpenStack的代码，只需要了解其接口规范及API使用，就可以轻松地添加一个新的模块
控制性：完全开源得平台，提供API接口，方便与第三方技术集成
兼容性：OpenStack兼容其他公有云，方便用户进行数据迁移
可扩展性：模块化设计，可以通过横向扩展，增加节点、添加资源
灵活性：OpenStack也需要不同的组件。但是OpenStack的组件安装异常灵活。根据自己得需要建立相应基础设施、增加集群规模。
二次开发容易：OpenStack发布的OpenStack API是Rest-full API。其他所有组件也是采种这种统一的规范。因此，基于OpenStack做二次开发，较为简单。而其他3个开源软件则由于耦合性太强，导致添加功能较为困难。
行业标准：众多IT领军企业已经加入到OpenStack项目

核心项目
OpenStack覆盖了网络、虚拟化、操作系统、服务器等各个方面。它是一个正在开发中的云计算平台项目，根据成熟及重要程度的不同，被分解成核心项目、孵化项目，以及支持项目和相关项目。每个项目都有自己的委员会和项目技术主管，而且每个项目都不是一成不变的，孵化项目可以根据发展的成熟度和重要性，转变为核心项目。以下为各项核心项目的解释：
1、计算服务（Compute）：Nova。一套控制器，用于为单个用户或使用群组管理虚拟机实例的整个生命周期，根据用户需求来提供虚拟服务。负责虚拟机创建、开机、关机、挂起、暂停、调整、迁移、重启、销毁等操作，配置CPU、内存等信息规格。这是真正的执行部件。接受 DashBoard 发來的命令并完成具体的动作。自Austin版本集成到项目中。但是 Nova 不是虛拟机软件，所以还需要虚拟机软件（如 KVM、Xen、Hyper-v 等）配合。
2、对象存储（Object Storage）：Swift。一套用于在大规模可扩展系统中通过内置冗余及高容错机制实现对象存储的系统，允许进行存储或者检索文件。可为Glance提供镜像存储，为Cinder提供卷备份服务。自Austin版本集成到项目中。是 NoSQL 数据库，类似 HBase，为虚拟机提供非结构化数据存储，它把相同的数据存储在多台计箅机上，以确保数据不会丢失。用户可通过 RESTful 和 HTTP 类型的 API 来和它通信。这是实际的存储项目，类似 Ceph，不过在 OpcnStack 具体实施时，人们更愿意采用 Ceph
3、镜像服务（Image Service）：Glance。一套虚拟机镜像查找及检索系统，支持多种虚拟机镜像格式（AKI、AMI、ARI、ISO、QCOW2、Raw、VDI、VHD、VMDK），有创建上传镜像、删除镜像、编辑镜像基本信息的功能。自Bexar版本集成到项目中。
4、身份服务（Identity Service）：Keystone。为OpenStack其他服务提供身份验证、服务规则和服务令牌的功能，管理Domains、Projects、Users、Groups、Roles。自Essex版本集成到项目中。
5、网络&地址管理（Network）：Neutron。提供云计算的网络虚拟化技术，为OpenStack其他服务提供网络连接服务。为用户提供接口，可以定义Network、Subnet、Router，配置DHCP、DNS、负载均衡、L3服务，网络支持GRE、VLAN。插件架构支持许多主流的网络厂家和技术，如OpenvSwitch。自Folsom版本集成到项目中。
6、块存储 (Block Storage)：Cinder。为运行实例提供稳定的数据块存储服务，它的插件驱动架构有利于块设备的创建和管理，如创建卷、删除卷，在实例上挂载和卸载卷。自Folsom版本集成到项目中。
7、UI 界面、控制面板服务 (Dashboard)：Horizon。OpenStack中各种服务的Web管理门户，用于简化用户对服务的操作，例如：启动实例、分配IP地址、配置访问控制等。自Essex版本集成到项目中。
8、计量测量 (Metering)：Ceilometer。像一个漏斗一样，能把OpenStack内部发生的几乎所有的事件都收集起来，然后为计费和监控以及其它服务提供数据支撑。自Havana版本集成到项目中。
9、部署编排 (Orchestration)：Heat。提供了一种通过模板定义的协同部署方式，实现云基础设施软件运行环境（计算、存储和网络资源）的自动化部署。自Havana版本集成到项目中。
10、数据库服务（Database Service）：Trove。为用户在OpenStack的环境提供可扩展和可靠的关系和非关系数据库引擎服务。自Icehouse版本集成到项目中。、

可选组件
Heat ：如果要在成千上万个虚拟机里安装和配置同一个软件，该怎么办？采用 Orchestrates 是一个不错的主意，它向每个虚拟机里注人一个名叫 heat-cfntools 的客户端工具，然后就能同时操作很多虚拟机
Sahana：使用户能够在 OpenStack 平台上（利用虚拟机）一键式创建和管理 Hadoop 集群，实现类似 AWS 的 EMR（Amazon Elastic MapReduce Service）功能。用户只需要提供简单的配置参数和模板，如版本信息（CDH 版本）、集群拓扑（几个 Slave、几个 Datanode）、节点配置信息（CPU、内存）等，Sahara 服务就能够在几分钟内根据提供的模板快速 部署 Hadoop、Spark 及 Storm 集群。Sahana 是一个大数据分析项目
Ironic：把裸金属机器（与虚拟机相对）加人到资源池中
Zaqar：Zaqar 为 Web 和移动开发者提供多租户云消息和通知服务，开发人员可以通过 REST API 在其云应用的不同组件中通过不同的通信模式（如 生产者/消费者或发布者/订阅者）来传递消息
Barbican：是 OpenStack 的密钥管理组件，其他组件可以调用 Barbican 对外暴露的 REST API 来存储和访问密钥
Manila:为虚拟机提供文件共享服务，不过需要存储后端的配合

其他组件：Congress（策略服务）、Designate（DNS 服务）、Freezer（备份及还原服务）、Magnum（容器支持）、Mistral（工作流服务）、Monasca（监控服务）、Searchlight（索引和搜索）、Senlin（集群服务）、Solum（APP集成开发平台）、Tacker（网络功能 虚拟化）、Trove（数据库服务）

OpenStack核心组件——nova-计算服务
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

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：

nova-api: 发出请求给 openstack 来操作一个服务，调用该服务来启动一个新的 nova 实例。
nova-scheduler:nova 调度器 , 用于选择某个服务器相应运行实例的请求。
nova-compute ：管理虚机的核心服务，通过调用 Hypervisor API 实现虚机生命周期管理
nova-conductor ：nova-compute 经常需要更新数据库，比如更新虚机的状态。出于安全性和伸缩性的考虑，
nova-compute 并不会直接访问数据库，而是将这个任务委托给 nova-conductor
nova-novncproxy：基于 Web 浏览器的 VNC 访问
nova-consoleauth ：负责对访问虚机控制台请求提供 Token 认证
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：
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,出现以下接收请求
绑定浮动IP；连接接口；分离接口；编辑实例；连接卷；分离卷；更新元数据；编辑安全组；控制台；查看日志；暂停实例；挂起实例；废弃实例；调整实例大小；锁定实例；解锁实例；软重启实例；硬重启实例；关闭实例；重建实例；删除实例 等等

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：

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，nova-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。
附加：OpenStack 默认是用 RabbitMQ 作为 Message Queue。 MQ 是 OpenStack 的核心基础组件

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