云计算与Open Stack概述+架构详解

Posted 2022-01-31 TaKe___Easy

OpenStack

• 一、云计算
• • 1.1 云计算的概念
  • 1.2 云计算的基本特征
  • 1.3 云计算服务模型
  • 1.4 常见云计算部署
  • 1.5 私有云相对公有云有的优势
  • 1.6 云计算和虚拟化的区别
• 二、OpenStack
• • 2.1 OpenStack概述与基本设计原则
  • 2.2 OpenStack服务
  • 2.3 OpenStack优势
• 三、Open Stack架构
• • 3.1 Open Stack原生概念架构
  • 3.2 Open Stack逻辑架构
  • 3.3 Open Stack物理架构
• 四、Open Stack组件通信关系

一、云计算

1.1 云计算的概念

• 云计算是一种采用按量付费的模式，基于虚拟化技术，将相应计算资源（如网络、存储等）池化后，提供便捷的、高可用的、高扩展性的、按需的服务（如计算、存储、应用程序和其他 IT 资源）。
• 狭义的云计算是指IT基础设施的交付和使用模式
• 广义的云计算是指服务的交付和使用模式

1.2 云计算的基本特征

• 自主服务：可按需的获取云端的相应资源（主要指公有云）；
• 网路访问：可随时随地使用任何联网终端设备接入云端从而使用相应资源。
• 资源池化
• 快速弹性：可方便、快捷地按需获取和释放计算资源。
• 按量计费

1.3 云计算服务模型

• IaaS（基础架构即服务）
  • 基础设施即服务，云服务商将IT系统的基础设施（如计算资源、存储资源、网络资源）池化后作为服务进行售卖
  • 提供底层IT基础设施服务，包括处理能力、存储空间、网络资源等
  • 面向对象一般是IT管理人员
• PaaS（平台即服务）
  • 平台即服务，云服务商将IT系统的平台软件层（数据库、OS、中间件、运行库）作为服务进行售卖；
  • 把安装好开发环境的系统平台作为一种服务通过互联网提供给用户
  • 面向对象一般是开发人员
• SaaS（软件即服务）
  • 软件即服务，云服务商将IT系统的应用软件层作为服务进行售卖。
  • 直接通过互联网为用户提供软件和应用程序等服务
  • 面向对象一般是普通用户

1.4 常见云计算部署

• 私有云：云平台资源只给某个单位、或某部分用户内部使用。
• 公有云：云平台资源开放给社会公众服务。
• 社区云：云平台资源给几个固定的单位内使用。
• 混合云：两个或两个以上不同类型的云平台。

1.5 私有云相对公有云有的优势

• 数据安全性更高；
• 可节省上云迁移过程中的大量成本；
• 业务快速部署，缩短业务周期；
• 降低企业成本，自主可控。

1.6 云计算和虚拟化的区别

云计算	虚拟化
IT能力服务化，按需使用，按量计费，多租户隔离，是一个系统的轻量级管理控制面。	环境隔离，资源复用，降低隔离损耗，提升运行性能，提供高级虚拟化特性。

• 虚拟化是实现云计算的技术支撑之一，但并非云计算的核心关注点。

二、OpenStack

2.1 OpenStack概述与基本设计原则

• OpenStack它不是一个软件，它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。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。
• 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自由软件许可证）授权的开源代码项目。
• OpenStack为私有云和公有云提供可扩展的弹性的云计算服务。项目目标是提供实施简单、可大规模扩展、丰富、标准统一的云计算管理平台。
• 覆盖了网络、虚拟化、操作系统、服务器等各个方面
• Open Stack基本设计原则
  • 1.按照不同的功能和通用性划分不同项目，拆分子系统
  • 2.按照逻辑计划、规范子系统之间的通信
  • 3.通过分层设计整个系统架构
  • 4.不同的功能子系统间提供统一的API接口

2.2 OpenStack服务

服务	项目名称	描述
Compute （计算服务）	Nova	负责实例生命周期的管理，计算资源的单位。对Hypervisor进行屏蔽，支持多种虚拟化技术(红帽默认为KVM)，支持横向扩展
Network （网络服务）	Neutron	负责虚拟网络的管理，为实例创建网络的拓扑结构。是面向租户的网络管理，可以自己定义自己的网络，各个租户之间互不影响
Identity （身份认证服务）	Keystone	类似于LDAP服务，对用户、租户和角色、服务进行认证与授权，且支持多认证机制
Dashboard （控制面板服务）	Horizon	提供一个Web管理界面，与OpenStack底层服务进行交互
Image Service （镜像服务）	Glance	提供虚拟机镜像模板的注册与管理，将做好的操作系统拷贝为镜像模板，在创建虚拟机时直接使用，可支持多格式的镜像
Block Storage （块存储服务）	Cinder	负责为运行实例提供持久的块存储设备，可进行方便的扩展，按需付费，支持多种后端存储
Object Storage （对象存储服务）	Swift	为OpenStack提供基于云的弹性存储，支持集群无单点故障
Telemetry （计量服务）	Ceilometer	用于度量、监控和控制数据资源的集中来源，为OpenStack用户提供记账途径

2.3 OpenStack优势

• 控制性
  • 完全开源的平台，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
  • 根据自己的需要建立相应基础设施、增加集群规模
• 行业标准
  • 众多IT领军企业已经加入到OpenStack项目

三、Open Stack架构

3.1 Open Stack原生概念架构

• 全局组件：
  • 身份认证服务（Keystone）、计量服务（Ceilometer）与控制面板服务（Horizon）
• 核心组件：
  • OpenStack 中创建虚拟机需要网络服务（Neutron）、镜像服务（Glance）、对象存储服务（Swift）与块存储服务（Cinder），而这些资源服务由计算服务（Nova）统一的申请调用，提供给虚拟机做资源支持。
• 外部组件：
  • Sahara与Heat是大数据相关的组件，进行大数据收集、大数据分析与编排的；
  • Ironic是裸金属服务；
  • Trove是数据库管理的服务（包含关系与非关系型数据库）。
• 云平台用户在经过Keystone服务认证授权后，通过Horizon或者Reset API 模式创建虚拟机服务，创建过程中包括利用Nova服务创建虚拟机实例，虚拟机实例采用Glance提供镜像服务，然后使用Neutron（网络服务）为新建的虚拟机分配IP地址，并将其纳入虚拟网络中，之后在通过Cinder（块存储服务）创建的卷为虚拟机挂载存储块，整个过程都在Ceilometer（计量服务）模块资源的监控下，Cinder产生的卷（Volume）和Glance（镜像服务）提供的镜像（Image）可以通过Swift（对象存储服务）的对象存储机制进行保存。

3.2 Open Stack逻辑架构

• 三句话简单介绍Open Stack逻辑架构
  • Open Stack 逻辑架构介绍了Open Stack原生架构的组件（全局组件、核心组件和外部组件）
  • 组件之间通过API（前提是将请求交于keystone进行身份验证，是否有权限进行通讯）进行点到点的通讯
  • 单个项目内部有很多子功能模块，他们通过AMQP消息代理（RabbitMQ）进行交互，服务的状态存储在数据库中
• OpenStack包括若干个称为OpenStack服务的独立组件。所有服务均可通过一个公共身份服务进行身份验证。除了那些需要管理权限的命令，每个服务之间均可通过公共API进行交互。
• 每个OpenStack服务又由若干组件组成。包含多个进程。所有服务至少有一个API进程，用于侦听API请求，对这些请求进行预处理，并将它们传送到该服务的其他组件。除了认证服务，实际工作都是由具体的进程完成
• 至于一个服务的进程之间通信，则使用AMQP消息代理。服务的状态存储在数据库中。

3.3 Open Stack物理架构

• 控制节点：管理openstack架构
• 网络节点：负责各节点之间的通信/交互，通常需要3个网络端口，分别用于控制节点进行通信、与除控制节点之外的计算和存储节点之间的通信、外部的虚拟机与相应网络之间的通信。
• 计算节点：主要负责承载实例，负责具体需求的处理
• 存储节点：提供存储服务
  
• 网络节点（Network Node）又分为提供者网络（Provider networks）和自服务网络（Self-service networks）

提供者网络	自服务网络
联网管理	联网管理
ML2插件	ML2插件
Linux网络工具	Linux网络工具
Linux Bridge代理	Linux Bridge代理
DHCP代理	DHCP代理
元数据代理（Metadata Agent）	元数据代理（Metadata Agent）
	三层代理（L3 Agent）

四、Open Stack组件通信关系

• 基于AMQP协议的通信
  • 用于每个项目内部各个组件之间的通信。
• 基于SQL的通信
  • 用于各个项目内部的通信。
• 基于HTTP协议进行通信
  • 通过各项目的API建立的通信关系，API都是RESTful Web API。
• 通过Native API实现通信
  • OpenStack各组件和第三方软硬件之间的通信。