Openstack的本质

Posted 2020-10-01

每台计算机都可以通过虚拟化技术虚拟出多台Virtual Machine,实际上是使用了操作系统内核的namespace和cgroup技术，将进程和资源进行了隔离，这样每台虚拟机就可以当作一台真实的机器去使用。如果有很多台服务器（组建集群），每台服务器上又创建多台虚拟机，那么这么多台虚拟机如何去统一管理呢？虚拟机之间内部通信需要使用网络，如何构建虚拟网络使得它们能够彼此通信呢？这就是Openstack所要做的，它的使命就是去管理整个集群的虚拟机。

Openstack封装了内部逻辑，仅给用户暴露外部接口，用户只需要使用Horizon操作界面，就可以创建、管理虚拟机了。那么它的底层到底是如何工作的？为什么只需要调用Restful API,就可以创建虚拟机了？

 

Openstack创建虚拟机

当用户在前台界面（Horizon）点击“创建虚拟机”的按钮时，会向服务器后端发送http请求，调用nova提供的API，nova-api接受到该请求后，会把创建虚拟机的消息发送到RabbitMQ中（消息中间件）。这时，nova-scheduler便会从RabbitMQ中拿到消息，计算各个计算结点上的资源，以确定到底是在哪台计算结点上进行创建。决定好之后，又会把消息发送到RabbitMQ中。此时nova-compute就是从消息中间件获取消息，调用libvirt API进行真正的虚拟机创建操作。在创建vm的过程中，如果nova-compute想更新数据库信息，会通过Messaging 向 nova-conductor发送消息，nova-conductor负责数据库访问，这样就避免了 nova-compute 直接访问数据库，增加了系统的安全性（因为数据库是安装在控制结点上的，需要从计算结点携带密码过去）。如果虚拟机都是创建在计算结点上的，那么每个计算结点上都必需安装Hypervisor(KVM)。

Openstack的进程采用异步调用的方式（利用RabbitMQ），使得各个组件解耦合，提高了系统的性能和伸缩性。

 

基于 Driver 的框架：

OpenStack 的计算节点支持多种 Hypervisor，包括 KVM, Hyper-V, VMWare, Xen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 中。 

 

 

Openstack的核心：KVM-QEMU

服务器最底层是硬件层，上面一层是操作系统内核。kvm是内核中的一个模块，真正创建虚拟机等核心功能就是由它来完成的。但是kvm只能对cpu和内存进行虚拟化，无法对网络和io（磁盘）进行虚拟化。内核的上一层就是整个操作系统，qemu是里面的一个软件，用来进行网络和io的虚拟化。所以kvm和qemu一起共同实现了服务器的虚拟化，即kvm-qemu。libvirt是kvm的管理工具，可以理解为是libvirt在命令kvm-qume创建虚拟机。libvirt由libvirtd(后台deamon进程)，API库和virsh命令行工具组成，上层(virt-manager图形化工具)可以调用api执行virsh命令，最终完成创建虚拟机的操作。Openstack的Nova，Cinder，Glance等组件则是直接调用libvirt API去创建虚拟机以及管理所有的vm。(QEMU是一个模拟器，它给虚拟机模拟了和物理硬件一样的环境，QEMU就是kvm-qemu)