OpenStack——nova知识理论
一、nova计算服务
计算服务是openstack最核心的服务之一，负责维护和管理云环境的计算资源，它在openstack项目中代号是nova
nova自身并没有提供任何虚拟化能力，它提供计算服务，使用不同的虚拟化驱动来与底层支持的Hypervisor（虚拟机管理器）进行交互，所有的计算实例（虚拟服务器）由nova进行生命周期的调度管理（启动、挂起、停止删除等）
nova需要keystone、glance、neutron、cinder和swif等其他服务的支持，能与这些服务集成，实现如加密磁盘、裸金属计算实例等
二、nova系统架构
DB：用于数据存储的sql数据库
API：用于接收HTTP请求、转换命令、通过消息队列或HTTP与其他组件通信的nova组件
Scheduler：用于决定哪台计算节点承载计算实例的nova调度器
Network：管理IP转发、网桥或虚拟局域网的nova网络组件
Compute：管理虚拟机管理器与虚拟机之间通信的nova计算组件
Conductor：处理需要协调（构建虚拟机或调整虚拟机大小）的请求，或处理对象转换
三、nova组件介绍
1、API
API是客户访问nova的http接口，它由nova-api服务实现，nova-api服务接收和响应来自最终用户的计算apI请求，作为openstack对外服务的最主要接口，nova-api提供了一个集中的可以查询所有api的端点
所有对nova的请求都首先由nova-api处理，API提供REST标准调用服务，便于与第三方系统集成
最终用户不会直接改送RESTful API请求，而是通过openstack命令行、dashbord和其他需要跟nova交换的组件来使用这些API
只要跟虚拟机生命周期相关的操作，nova-api都可以响应
nova-api对接收到的HTTP API请求做以下处理：
①检查客户端传入的参数是否合法有效
②调用nova其他服务来处理客户端HTTP请求
③格式化nova其他子服务返回结果并返回给客户端
nova-api是外部访问并使用nova提供的各种服务的唯一途径，也是客户端和nova之间的中间层
2、Scheduler
Scheduler可译为调度器，由nova-scheduler服务实现，主要解决的是如何选择在哪个计算节点上启动实例的问题，它可以应用多种规则，如果考虑内存使用率，cpu负载率、cpu架构（Intel/amd）等多种因素，根据一定的算法，确定虚拟机实例能够运行在哪一台计算服务器上，nova-scheduler服务会从队列中接收一个虚拟机实例的请求，通过读取数据库的内容，从可用资源池中选择最合适的计算节点来船舰新的虚拟机实例
创建虚拟机实例时，用户会提出资源需求，如cpu、内存、磁盘各需要多少，openstack讲这些需求定义在实例类型中，用户只需指定使用哪个实例类型就可以了
①调度器的种类
随机调度器：从所有正常运行nova-compute服务的节点中随机选择
过滤调度器：根据指定的过滤条件以及权重选择最佳的计算节点，Filter又称为筛选器
调度过程
通过指定的过滤器选择满足条件的计算节点，比如内存使用率小于50%，可以使用多个过滤器依次进行过滤。
对过滤之后的主机列表进行权重计算并排序，选择最优的计算节点来创建虚拟机实例
缓存调度器：可看作随机调度器的种特殊类型，在随机调度的基础，上将主机资源信息缓存在本地内存中，然后通过后台的定时任务定时从数据库中获取最新的主机资源信息
②过滤器的分类
当过滤调度器需要执行调度操作时，会让过滤器对计算节点进行判断，返回True或False
scheduler_available_filters选项用于配置可用过滤器，默认是所有nova直带的过滤器都可以用于过滤作用
另外还有一个选项scheduler_ default_ filters用于指定，nova-scheduler服务真正使用的过滤器
过滤调度器将按照列表中的顺序依次过滤
RetryFilter(再审过滤器)
主要作用是过滤掉之前已经调度过的节点。如A、B、C都通过了过滤，A权重最大被选中执行操作，由于某种原因，操作在A上失败了。Nova-filter将重新执行过滤操作，那么此时A就被会RetryFilter直接排除, 以免再次失败
AvailabilityZoneFilter (可用区域过滤器)
为提高容灾性并提供隔离服务,可以将计算节点划分到不同的可用区域中。Openstack默认有一 一个命名为nova的可用区域，所有的计算节点初始是放在nova区域中的。用户可以根据需要创建自己的一个可用区域。创建实例时，需要指定将实例部署在哪个可用区域中。Nova-scheduler执行过滤操作时，会使用AvailabilityZoneFilter不属于指定可用区 域计算节点过滤掉
RamFilter (内存过滤器)
根据可用内存来调度虚拟机创建，将不能满足实例类型内存需求的计算节点过滤掉,但为了提高系统资源利用率，Openstack在计算节 点的可用内存时允许超过实际内存大小，超过的程度是通过nova.conf配置文件中
ram_allocation_ratio参数来控制的，默认值是1.5
vim /etc/nova/nova.conf
ram_ allocation_ ratio=1 .5
DiskFilter (硬盘调度器)
根据磁盘空间来调度虚拟机创建，将不能满足类型磁盘需求的计算节点过滤掉。磁盘同样允许超量，超量值可修改nova.conf中disk_allocation ratio参数控制，默认值是1.0
vim /etc/nova/nova.conf
disk_allcation_ratio=1.0
ComputeFilter(计算过滤器)
#保证只有nova-compute服务正常:工作的计算节点才能被nova-scheduler调度，它是必选的过滤器
ComputeCapablilitiesFilter (计算能力过滤器)
#根据计算节点的特性来过滤，如x86_ 64和ARM架构的不同节点，要将实例
ImagePropertiesFilter(镜像属性过滤器)
#根据所选镜像的属性来筛选匹配的计算节点。通过元数据来指定其属性。如希望镜像只运行在KVM的Hypervisor上,可以通过Hypervisor Type属性来指定。
ServerGroupAntiAffinityFilter(服务器组反亲和性过滤器)
要求尽量将实例分散部署到不同的节点上。例如有3个实例s1、s2、s3, 3个计算节点A、B、C。具体操作如下:
创建一个anti-affinit策略的服务器组
openstack server group create -policy antiaffinity group-1
创建三个实例，将它们放入group-1服务器组
openstack server create -flavor m1.tiny -image cirros -hint group=group-1 s1
openstack server create -flavor m1.tiny -image cirros -hint group=group-1 s2
openstack server create -flavor m1.tiny -image cirros -hint group=group-1 s3
ServerGroupAffinityFilter(服务器组亲和性过滤器)
与反亲和性过滤器相反，此过滤器尽量将实例部署到同-个计算节点上
③权重(weight)
nova-scheduler服务可以使用多个过滤器依次进行过滤。过滤之后的节点再通过计算权重选出能够部署实例的节点
所有权重位于nova/scheduler/weights目录下。目前默认实现是RAMweighter,根据计算节点空闲的内存量计算权重值，空闲越多，权重越大，实例将被部署到当前空闲内存最多的计算节点上
3、Compute
Nova-compute在计算节点_ 上运行，负责管理节点上的实例。通常一 个主机运行一 个Nova-compute服务,一个实例部署在哪个可用的主机上取决于调度算法。OpenStack对实例的操作， 最后都是提交给Nova-compute来完成。
Nova-compute可分为两类，一类是定向openstack报告计算节点的状态，另一类是实现实例生命周期的管理。
通过Driver (驱动)架构支持多种Hypervisor虚拟机管理器
面对多种Hypervisorn nBva-compute为这 些Hypervisor定义统一的接口
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
定期向OpenStack报告计算节点的状态
每隔一段时间，nova-compute就会报告当前计算节点的资源使用情况和nova-compute服务状态。
nova-compute是通过Hypervisor的驱动获取这些信息的
实现虚拟机实例生命周期的管理
OpenStack对虚拟机实例最主要的操作都是通过nova-compute实现的
创建、关闭、重启、挂起、恢复、中止、调整大小迁移、快照
以实例创建为例来说明nova-compute的实现过程。
①为实例准备资源。
②创建实例的镜像文件。
③创建实例的XML定义文件。
④创建虚拟网络并启动虚拟机。
4、Conductor
由nova-conductor模块实现，旨在为数据库的访问提供一层安全保障。Nova-conductor作为nova-compute服务与数据库之间交互的中介，避免了直接访问由nova-compute服务创建对接数据库。
Nova-compute访问数据库的全部操作都改到nova-conductor中，nova-conductor作为对数据库操作的一个代理，而且nova-conductor是部署在控制节点上的
Nova-conductor有助于提高数据库的访问性能，nova-compute可以创建多个线程使用远程过程调用(RPC)访问nova-conductor。
在一个大规模的openstack部署环境里，管理员可以通过增加nova-conductor的数量来应付月益增长的计算节点对数据库的访问量
5、PlacementAPI
以前对资源的管理全部由计算节点承担，在统计资源使用情况时，只是简单的将所有计算节点的资源情况累加起来，但是系统中还存在外部资源，这些资源由外部系统提供。如ceph、nfs等提供的存储资源等。面对多种多样的资源提供者，管理员需要统一的、简单的管理接口来统计系统中资源使用情况，这个接口就是PlacementAPl
PlacementAPI由nova-placement-api服务来实现，旨在追踪记录资源提供者的目录和资源使用情况。被消费的资源类型是按类进行跟踪的。如计算节点类、共享存储池类、IP地址类等
四、虚拟机实例化流程
用户可用通过多种方式访问虚拟机的控制台
Nova-novncproxy守护进程: 通过vnc连接访问正在运行的实例提供一 个代理，支持浏览器novnc客户端
Nova-spicehtml5proxy守护进程: 通过spice连接访问正在运行的实例提供一个代理，支持基于html5浏览器的客户端
Nova-xvpvncproxy守护进程: 通过vnc连接访问正在运行的实例提供一个代理，支持openstack专用的java客户端
Nova-consoleauth守护进程: 负责对访问虚拟机控制台提供用户令牌认证。这个服务必须与控制台代理程序共同使用。.
五、控制台接口
首先用户(可以是OpenStack最终用户，也可以是其他程序)执行Nova Client提供的用于创建虚拟机的命令
nova-api服务监听到来自于Nova Client的HTTP请求，并将这些请求转换为AMQP消息之后加入消息队列
通过消息队列调用nova-conductor服务
nova-conductor服务从消息队列中接收到虚拟机实例化请求消息后， 进行一些准备工作
nova-conductor服务通过消息队列告诉nova-scheduler服务去选择一 个合适的计算节点来创建虚拟机，此时nova-scheduler会读取数据库的内容
nova-conductor服务从nova-scheduler服务得到了合适的将计算节点的信息后,在通过消息队列来通知nova-compute服务实现虚拟机的创建
六、nova部署架构
1、nova经典部署模式架构图
2、nova负载均衡部署模式架构图
3、nova的cell架构
①cells v2的架构图
当openstack nova集群的规模变大时，数据库和消息队列服务就会出现瓶颈问题。Nova为提高水平扩展及分布式、大规模的部署能力，同时又不增加数据库和消息中间件的复杂度，引入了Cell概念
Cell可译为单元。为支持更大规模的部署,openstack将大的nova集群分成小的单元，每个单元都有自己的消息队列和数据库，可以解决规模增大时引起的瓶颈问题。在Cell中，Keystone、Neutron、 Cinder,Glance等资源是共享的
API节点上的数据库
nova_api数据库中存放全局信息，这些全局数据表是从nova库迁过来的，如flavor (实例模型)、instance groups实例组)、quota (配额)
nova_ cell0数据库的模式与nova一样，主要用途就是当实例调度失败时，实例的信息不属于任何一个Cell,因而存放到nova_cell0数据库中
②单cell架构图与多cell架构图
七、nova的元数据
元数据作用是通过向虚拟机实例注入元数据信息，实例启动时获得自己的元数据，实例中的cloud-init工具根据元数据完成个性化配置工作
Openstack将cloud-init定制虚拟机实例配置时获取的元数据信息分成两大类:元数据(metadata)和用户数据(user data)
元数据指的是结构化数据，以键值对形式注入实例，包括实例自身的一些常用属性,如主机名、网络配置信息(IP地址和安全组)。SSH密钥等
用户数据是非结构化数据，通过文件或脚本的方式进行注入，支持多种文件格式，如gzip、shell、cloud-init配置文件等, 主要包括一些命令、 脚本,比如shell脚本
Openstack将元数据和用户数据的配置信息注入机制分为两种，一种是配置驱动器机制，另一种是元数据服务机制