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OpenStack私有云详细介绍

news 来源：原创 2025/6/9 2:14:20

引言

企业部署云计算服务的模式有公有云、私有云、混合云三大类。

公有云是云计算服务提供商为公众提供服务的云计算平台，理论上任何人都可以通过授权接入该平台。

私有云是云计算服务提供商为企业在其内部建设的专有云计算系统，私有云系统存在于企业防火墙之内，只为企业内部服务。

混合云则是同时提供公有和私有服务的云计算系统，它是介于公有云和私有云之间的一种折中方案。

本章主要介绍OpenStack的私有云技术

OpenStack介绍

1. 什么是OpenStack

OpenStack是一系列开源工具（或开源项目）的组合，主要使用池化虚拟资源来构建和管理私有云及公共云。其中的六个项目主要负责处理核心云计算服务，包括计算、网络、存储、身份和镜像服务。还有另外十多个可选项目，用户可把它们捆绑打包，用来创建独特、可部署的云架构

2. 云计算模式

OpenStack从一开始就是为了云计算服务的。简单来说，它就是一个操作系统，一套软件，一套laaS软件（基础设施即服务）

（云计算的三种服务模式：laaS、PaaS、SaaS）

3. OpenStack架构

1）管理“基础设施资源”，便于用户调用和使用，是OpenStack的首要任务

2）基础设施资源，主要包括三个方面：计算、存储、网络（说通俗点就是CPU、硬盘、网卡）

3）正是因为资源能够被灵活调用，所以用户使用资源时，这个云平台可以根据用户的需要，动态增加和删减资源，不用中断用户的使用，更无需全新申请。这就是“弹性”

4）那么是如何实现的呢？——通过它的众多组件

OpenStack拥有众多的组件，通过组件之间协同进行工作

服务	项目名称	描述
Computer (计算服务)	Nova	负责实例生命周期的管理，计算资源的单位。对Hypervison进行屏蔽，支持多种虚拟化的技术（红帽默认为KVM），支持横向拓展
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
Idententity (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，可进行方便的拓展，按需付费，支持多种后端存储
Object Storge (对象存储服务)	swift	为openstack 提供云的弹性存储，支持群集无单点故障
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用户提供记账用途

4. 核心组件

OpenStack认证服务——Keystone

1）Keystone为所有的OpenStack组件提供认证和访问策略服务，它依赖自身REST（基于Identity API）系统进行工作，主要对（但不限于）Swift、Glance、Nova等进行认证与授权。事实上，授权通过对动作消息来源者请求的合法性进行鉴定

（身份认证流程）

2）Keystone采用两种授权方式：

一种基于用户名/密码，另一种基于令牌（Token）

3）Keystone提供以下三种服务：

令牌服务：含有授权用户的授权信息

目录服务：含有用户合法操作的可用服务列表

策略服务：利用Keystone具体指定用户或群组某些访问权限

OpenStack计算设施——Nova

1）Nova是OpenStack计算的弹性控制器。OpenStack云实例生命期所需的各种动作都将由Nova进行处理和支撑，这就意味着Nova以管理平台的身份登场，负责管理整个云的计算资源、网络、授权及测度。虽然Nova本身并不提供任何虚拟能力，但是它将使用libvirt API与虚拟机的宿主机进行交互。Nova通过Web服务API来对外提供处理接口，而且这些接口与Amazon的Web服务接口是兼容的

2）功能及特点：

实例生命周期管理

计算资源管理

网络与授权管理

基于REST的API异步连续通信

3）Nova弹性云（OpenStack计算部件）包含以下主要部分：

API Server

（nova-api）

API服务器提供了云设施与外界交互的接口，它是外界用户对云实施管理的唯一通道。通过使用web服务来调用各种EC2的API，接着API服务器便通过消息队列把请求送达至云内目标设施进行处理。作为对EC2-api的替代，用户也可以使用OpenStack的原生API，我们把它叫做“OpenStack API”

消息队列

（rabbit-mq server）

OpenStack内部在遵循AMQP（高级消息队列协议）的基础上采用消息队列进行通信。Nova对请求应答进行异步调用，当请求接收后便则立即触发一个回调。由于使用了异步通信，不会有用户的动作被长置于等待状态。例如，启动一个实例或上传一份镜像的过程较为耗时，API调用就将等待返回结果而不影响其它操作，在此异步通信起到了很大作用，使整个系统变得更加高效

运算工作站

（nova-compute）

运算工作站的主要任务是管理实例的整个生命周期。他们通过消息队列接收请求并执行，从而对实例进行各种操作。在典型实际生产环境下，会架设许多运算工作站，根据调度算法，一个实例可以在可用的任意一台运算工作站上部署

网络控制器

（nova-network）

网络控制器处理主机的网络配置，例如IP地址分配，配置项目VLAN，设定安全群组以及为计算节点配置网络

卷管理

（nova-volume）

卷工作站管理基于LVM的实例卷，它能够为一个实例创建、删除、附加卷，也可以从一个实例中分离卷

卷管理为何如此重要？因为它提供了一种保持实例持续存储的手段，比如当结束一个实例后，根分区如果是非持续化的，那么对其的任何改变都将丢失。可是，如果从一个实例中将卷分离出来，或者为这个实例附加上卷的话，即使实例被关闭，数据仍然保存其中。这些数据可以通过将卷附加到原实例或其他实例的方式而重新访问。因此，为了日后访问，重要数据务必要写入卷中。这种应用对于数据服务器实例的存储而言，尤为重要

调度器

（nova-scheduler）

调度器负责把nova-API调用送达给目标。调度器以名为“nova-schedule”的守护进程方式运行，并根据调度算法从可用资源池中恰当地选择运算服务器。有很多因素都可以影响调度结果，比如负载、内存、子节点的远近、CPU架构等等。强大的是nova调度器采用的是可插入式架构

目前nova调度器使用了几种基本的调度算法：

随机化：主机随机选择可用节点

可用化：与随机相似，只是随机选择的范围被指定

简单化：应用这种方式，主机选择负载最小者来运行实例。负载数据可以从别处获得，如负载均衡服务器

OpenStack镜像服务器——Glance

1）OpenStack镜像服务器是一套虚拟机镜像发现、注册、检索系统

可以将镜像存储到以下任意一种存储中：

本地文件系统（默认）

S3直接存储

S3对象存储（作为S3访问的中间渠道）

OpenStack对象存储等等

2）功能及特点：提供镜像相关服务

3）Glance构件：

1）Glance-API：

主要负责接收响应镜像管理命令的Restful请求，分析消息请求信息并分发其所带的命令（如新增，删除，更新等）。默认绑定端口是9292。

2）Glance-Registry：

主要负责接收响应镜像元数据命令的Restful请求。分析消息请求信息并分发其所带的命令（如获取元数据，更新元数据等）。默认绑定的端口是9191

OpenStack存储设施——Swift

1）Swift为OpenStack提供一种分布式、持续虚拟对象存储，它类似于Amazon Web Service的S3简单存储服务。Swift具有跨节点百级对象的存储能力。Swift内建冗余和失效备援管理，也能够处理归档和媒体流，特别是对大数据（千兆字节）和大容量（多对象数量）的测度非常高效

2）swift功能及特点：

海量对象存储

大文件（对象）存储

数据冗余管理

归档能力-----处理大数据集

为虚拟机和云应用提供数据容器

处理流媒体

对象安全存储

备份与归档

良好的可伸缩性

3）Swift服务器

Swift代理服务器

用户都是通过Swift-API与代理服务器进行交互，代理服务器正是接收外界请求的门卫，它检测合法的实体位置并路由它们的请求。

此外，代理服务器也同时处理实体失效而转移时，故障切换的实体重复路由请求

Swift对象服务器

对象服务器是一种二进制存储，它负责处理本地存储中的对象数据的存储、检索和删除。对象都是文件系统中存放的典型的二进制文件，具有扩展文件属性的元数据（xattr）。

注意：xattr格式被Linux中的ext3/4，XFS，Btrfs，JFS和ReiserFS所支持，但是并没有有效测试证明在XFS，JFS，ReiserFS，Reiser4和ZFS下也同样能运行良好。不过，XFS被认为是当前最好的选择。

Swift容器服务器

容器服务器将列出一个容器中的所有对象，默认对象列表将存储为SQLite文件（译者注：也可以修改为MySQL，安装中就是以MySQL为例）。容器服务器也会统计容器中包含的对象数量及容器的存储空间耗费。

Swift账户服务器

账户服务器与容器服务器类似，将列出容器中的对象。

Ring（索引环）

Ring容器记录着Swift中物理存储对象的位置信息，它是真实物理存储位置的实体名的虚拟映射，类似于查找及定位不同集群的实体真实物理位置的索引服务。这里所谓的实体指账户、容器、对象，它们都拥有属于自己的不同的Rings

OpenStack管理的Web接口——Horizon

1）Horizon是一个用以管理、控制OpenStack服务的Web控制面板，它可以管理实例、镜像、创建密匙对，对实例添加卷、操作Swift容器等。除此之外，用户还可以在控制面板中使用终端（console）或VNC直接访问实例

2）Horizon的特点

实例管理：创建、终止实例，查看终端日志，VNC连接，添加卷等
访问与安全管理：创建安全群组，管理密匙对，设置浮动IP等
偏好设定：对虚拟硬件模板可以进行不同偏好设定
镜像管理：编辑或删除镜像
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管理用户、配额及项目用途
用户管理：创建用户等
卷管理：创建卷和快照
对象存储处理：创建、删除容器和对象
为项目下载环境变量

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