第3章
OpenStack组织结构一览

3.1 组件关系

OpenStack是一个构建云环境的工具集，所有的OpenStack组件都可以单独部署，而组件中的模块也可以单独部署。OpenStack领先的分布式架构，可以让部署人员以类似搭积木的方式，按需求选取所需要的组件，灵活地构建云环境。使用OpenStack搭建的云环境可大可小，大至成千上万台的服务器，小至一台ARM手机都可以用OpenStack来构建云。通过前面两章，读者了解了OpenStack的基本内容，也熟悉了OpenStack的安装、使用，现在将带领读者更深入地学习OpenStack组件架构。

OpenStack组件如图3-1所示。

· 所有OpenStack组件都是用Python编写的。

· 最终用户可以通过Web界面（Horizon）、命令行来使用组件服务或直接调用每个组件的API。

· 每个组件都通过同一个认证源（Keystone）。

· 通过公共的REST API来实现各个组件间的交互。

· 大部分组件通过Message Queue来实现组件内部交互（官方推荐使用RabbitMQ）。

· 所有组件都用DataBase来存放数据信息（官方推荐使用MariaDB，MariaDB为MySQL的分支）。

· OpenStack的守护进程大多由WSGI中间件来实现（Paste），OpenStack中广泛使用paste.ini为其配置文件。

OpenStack组件特点：

· 分布式，OpenStack可以分开部署在多个服务器上，通过网络联通，是建立在网络之上的软件系统。正是因为这种软件的特性，所以分布式系统具有高度的内聚性和透明性。

· 无状态，当前的请求不依赖于之前请求状态。各个请求都相对独立，可扩展性强。

· RESTful（Representational State Transfer，具象状态传输风格），是指满足REST约束和风格的程序设计。OpenStack对外接口都是RESTful风格。

· RPC（Remote Procedure Call Protocol，远程过程调用协议），OpenStack内部通信机制大量使用RPC，RPC使得开发包括网络分布式多程序在内的应用程序更加容易。

· Plugin（插件式设计），把扩展功能从框架中剥离出来，降低了框架的复杂度，让框架更容易实现。扩展功能与框架以一种很松的方式耦合，两者在保持接口不变的情况下，可以独立变化和发布。

3.1.1 Nova组件

Nova组件是最早的OpenStack组件之一，熟悉了Nova组件结构，其他组件可以轻松学习。

Nova架构非常成熟，最早由RackSpace贡献，也可以称之为RackSpace架构。novaapi支持OpenStack原生API、AWS EC2 API，或者特殊的管理员API（为特权用户执行管理操作）。它可强制执行一些默认的配额策略；可以通过Keystone认证，认证处理优先于内部任务处理；支持多种后端Hypervisor创建虚拟机，如KVM、Xen、LXC、VMware、Hyper-V等。

Grizzly版本之前的Nova组件架构如图3-2所示。

Grizzly版本的Nova组件架构如图3-3所示。

在Grizzly版本Nova组件架构中，nova-compute组件不再直接与database交互，而是通过nova-conductor组件做代理，nova-compute所有数据操作均通过消息队列交由novaconductor写入或读取数据库。由于nova-compute组件是分布式部署的，在OpenStack环境中，每一台做虚拟机容器的物理服务器都需要部署nova-compute。如果nova-compute都能访问数据库，则无疑加大了数据库的访问风险。数据库可访问对象的增加，意味着数据安全指数降低。之所以采用代理模式来访问，是为了避免数据库被非法入侵，这大大降低了数据库访问风险；并且，所有的数据库操作通过Message-Queue都可以持久化，不必担心当节点死机时，访问数据会丢失。从可用性、健壮性、安全性各个方面来说，Grizzly版本的Nova组件在架构上无疑更先进。

3.1.2 Swift组件

Swift组件架构如图3-4所示，其特点如下。

· 提供文件的对象存储及服务。

· 采用对象级别的复制，以保障数据。

· swift-proxy的横向部署，可以保证接收的API请求分布式地维护account DB和container DB。

· ext4或XFS文件系统作为对象存储的文件系统。

3.1.3 Keystone组件

Keystone组件架构如图3-5所示，其特点如下。

· Keystone提供统一的、完整的OpenStack身份验证、服务目录、令牌、访问策略服务。

· Keystone处理所有的API请求，提供可配置的身份验证、服务目录、令牌、访问策略服务。

· Keystone标准的后端包括SQL、LDAP、K&V等。

· 大多数用户会使用定制化的Keystone作为OpenStack的认证服务。

3.1.4 Glance组件

Glance组件架构如图3-6所示，其特点如下。

· 数据库中存放镜像文件的元数据。

· 存储镜像文件的实际后端可以有多种选择，可以使用OpenStack本身的组件Swift、Cinder，也可以使用本地存储，或者使用AWS的S3等。

3.1.5 Neutron组件

Neutron组件架构如图3-7所示，其特点如下。

· Neutron由Quantum更名而来。因为涉及商标侵权，所以OpenStack社区将Quantum更名为Neutron。

· neutron-server接收API请求，然后将请求路由到各个agent组件，执行具体的操作。

· agent由各种厂商支持，在Neutron中的agent角色类似于nova-compute、cindervolume，Nova面对不同的Hypervisor，Cinder面对不同存储，而Neutron面对各种不同的网络设备。

· 通常agent是L3、L2、DHCP和一些特殊插件式agent。

· agent目前有Cisco agent、Nicira nvp agent、NEC agent、Open vSwitch agent、Linux bridging agent等。

3.1.6 Cinder组件

Cinder组件架构如图3-8所示，其特点如下。

· Cinder就是nova-volume需求的扩展，是从Nova分离出来的一个集中式的块存储服务。

· Cinder组件架构完全是镜像式地复制Nova的架构，看过Nova代码再看Cinder代码会有似曾相识的感觉。

· cinder-api负责接收和分发API的请求信息。

· cinder-volume有多个后端存储可以支持，存储厂商以编写driver的方式加入到OpenStack开发行列，目前Cinder的存储驱动支持IBM、SolidFire、NetApp、Nexenta、Zadara和华为等商业存储。

· cinder-scheduler类似于nova-scheduler，决定在哪个存储上创建cinder-volume实例，但目前版本支持的调度策略很少，算法也并不完善。

· Cinder仍需完善，它的功能也可以用nova-volume代替。从Folsom版本到现在，Cinder本身的架构进展并不尽如人意，但是存储厂商的积极参与给了Cinder更多实际的意义。

3.2 OpenStack目录组织结构

3.2.1 Nova目录结构

下面来了解一下Nova的目录结构：

· bin：Nova服务执行文件。

· contrib：第三方贡献包。

· doc：技术文档。

· etc：Nova配置文件样例。

· nova：Nova代码目录。

· plugins：Nova插件。

· smoketests：冒烟测试代码。

· tools：工具。

· babel.cfg：Flask-Babel配置。

· CONTRIBUTING.rst：贡献指南。

· HACKING.rst：Hack指南。

· LICENSE：Apache2 LICENSE。

· MANIFEST.in：打包规则。

· openstack-common.conf：OSLO配置。

· pylintrc：Pylint代码分析配置。

· README.rst：Nova简介。

· run_tests.sh：测试案例。

· setup.cfg：setup.py配置。

· setup.py：Nova安装脚本。

· tox.ini：Python的标准化测试。

3.2.2 Swift目录结构

下面是Swift的目录结构：

· bin：Swift服务执行文件。

· doc：技术文档。

· etc：Swift配置文件样例。

· locale：Swift国际化模板。

· swift：Swift代码目录。

· test：Swift测试。

· tools：工具。

· AUTHORS：作者。

· babel.cfg：Flask-Babel配置。

· CHANGELOG：更新日志。

· CONTRIBUTING.md：贡献指南。

· LICENSE：Apache2 LICENSE。

· MANIFEST.in：打包规则。

· README.md：Swift简介。

· setup.cfg：setup.py配置。

· setup.py：Swift安装脚本。

· tox.ini：Python的标准化测试。

3.2.3 Keystone目录结构

下面是Keystone的目录结构：

· bin：Keystone服务执行文件。

· doc：技术文档。

· etc：Keystone配置文件样例。

· examples：Keystone使用样例。

· httpd：Keystone使用Apache配置。

· keystone：Keystone代码目录。

· tests：Keystone测试。

· tools：工具。

· babel.cfg：Flask-Babel配置。

· HACKING.rst：Hack指南。

· LICENSE：Apache2 LICENSE。

· MANIFEST.in：打包规则。

· openstack-common.conf：OSLO配置。

· README.rst：Keystone简介。

· run_tests.sh：测试案例。

· setup.cfg：setup.py配置。

· setup.py：Keystone安装脚本。

· TODO：代办列表。

· tox.ini：Python的标准化测试。

3.2.4 Glance目录结构

下面是Glance的目录结构：

· bin：Glance服务执行文件。

· doc：技术文档。

· etc：Glance配置文件样例。

· glance：Glance代码目录。

· tools：工具。

· babel.cfg：Flask-Babel配置。

· HACKING.rst：Hack指南。

· LICENSE：Apache2 LICENSE。

· MANIFEST.in：打包规则。

· openstack-common.conf：OSLO配置。

· pylintrc：Pylint代码分析配置。

· README.rst：Glance简介。

· run_tests.sh：测试案例。

· setup.cfg：setup.py配置。

· setup.py：Glance安装脚本。

· tox.ini：Python的标准化测试。

3.2.5 Neutron目录结构

下面是Neutron的目录结构：

· bin：Neutron服务执行文件。

· contrib：第三方贡献包。

· doc：技术文档。

· etc：Neutron配置文件样例。

· quantum：Neutron代码目录。

· tools：工具。

· babel.cfg：Flask-Babel配置。

· HACKING.rst：Hack指南。

· LICENSE：Apache2 LICENSE。

· MANIFEST.in：打包规则。

· openstack-common.conf：OSLO配置。

· README：Neutron简介。

· run_tests.py：测试案例。

· run_tests.sh：测试案例。

· setup.cfg：setup.py配置。

· setup.py：Neutron安装脚本。

· TESTING：测试方法简介。

· tox.ini：Python的标准化测试。

3.2.6 Cinder目录结构

下面是Cinder的目录结构：

· bin：Cinder服务执行文件。

· cinder：Cinder代码目录。

· contrib：第三方贡献包。

· doc：技术文档。

· etc：Cinder配置文件样例。

· tools：工具。

· babel.cfg：Flask-Babel配置。

· CONTRIBUTING.md：贡献指南。

· HACKING.rst：Hack指南。

· LICENSE：Apache2 LICENSE。

· MANIFEST.in：打包规则。

· openstack-common.conf：OSLO配置。

· pylintrc：Pylint代码分析配置。

· README.rst：Cinder简介。

· run_tests.sh：测试案例。

· setup.cfg：setup.py配置。

· setup.py：Cinder安装脚本。

· tox.ini：Python的标准化测试。

3.3 OpenStack配置文件

本节列出了各个OpenStack组件对应的配置文件和日志文件的位置并对各个文件进行了说明。具体的配置信息将会在后续章节中详细介绍。

3.3.1 Nova配置文件及日志

Nova的配置文件默认存放在/etc/nova，各文件描述如图3-9所示。

Nova的日志文件默认存放在/var/log/nova，各文件描述如图3-10所示。

3.3.2 Swift配置文件及日志

Swift的配置文件默认存放在/etc/swift，各文件描述如图3-11所示。

Swift的日志文件默认存放在/var/log/swift，文件描述如图3-12所示。

3.3.3 Keystone配置文件及日志

Keystone的配置文件默认存放在/etc/keystone，文件描述如图3-13所示。

Keystone的日志文件默认存放在/var/log/keystone，文件描述如图3-14所示。

3.3.4 Glance配置文件及日志

Glance的配置文件默认存放在/etc/glance，各文件描述如图3-15所示。

Glance的日志文件默认存放在/var/log/glance，各文件描述如图3-16所示。

3.3.5 Neutron配置文件及日志

Neutron的配置文件默认存放在/etc/neutron，各文件描述如图3-17所示。

Neutron的日志文件默认存放在/var/log/neutron，各文件描述如图3-18所示。

3.3.6 Cinder配置文件及日志

Cinder的配置文件默认存放在/etc/cinder，各文件描述如图3-19所示。

Cinder的日志文件默认存放在/var/log/cinder，各文件描述如图3-20所示。

3.4 小结

本章带领读者学习了各个组件的关系，从整体上把握各个组件的结构、配置文件、日志文件等。由于OpenStack是分布式架构，基本上所有的通信都是基于AMQP的，数据库使用MySQL，所以了解AMQP组件及MySQL的相关知识是非常重要的。

如果只是想要部署OpenStack，那么正确理解每个组件的关系是非常重要的。而对于那些想要加入OpenStack开源建设，为OpenStack“添砖加瓦”的开发人员来说，更需要详细了解各个组件之间的关联关系。OpenStack开发简单来说就是Python开发，但是需要丰富的背景知识做支撑，硬件、软件都需要有相应的了解。云计算是IT技术发展到一定阶段的必然产物，IT领域各种技术融合、碰撞，出现了新的技术革新与新的展现形式。其实云计算在技术上并没有任何特别的地方，只是传统技术的再次整合，但云计算改变了传统的IT思维，将一切虚拟化、自动化、弹性化，最终达到服务化的目的，按需取用，自助服务。“云化”看似很神秘，其实深入理解了云计算就会发现，这是IT技术发展过程顺理成章的事情。