整合VMware与OpenStack — 块存储驱动的应用

【前导文章】

《水乳交融：论VMware与OpenStack的整合—（1）》（点击可打开）

《整合VMware与OpenStack—镜像驱动的实现原理》（点击可打开）

一、应用架构

        VMware Cinder VMDK Driver块存储驱动的应用架构如下图所示：

        VMDK Driver以VMDK格式支持Cinder Volume，即：以VMDK作为后端存储文件格式。Cinder Volume可以存于vSphere支持的任何存储解决方案中，Cinder Volume保存在使用iSCSI、Fibre Channel、FCoE、NFS、VSAN和VVOLs技术的数据存储上；

        VMware Nova vCenter Driver与VMware Cinder VMDK Driver必须相配合使用。在nova.conf文件中将Compute Driver定义为vCenter Driver，在cinder.conf文件中将Volume Driver定义为VMDK Driver，并且，在各自的配置文件中，均设置为指向同一个vCenter Server的IP地址。

        在Nova的配置文件nova.conf中，要进行相应的设置，如下：

        在Cinder的配置文件cinder.conf中，要进行相应的配置，如下：

二、背景知识：Shadow VM（影子虚拟机）

        从OpenStack环境中向VMware环境发起创建Cinder volume的操作时，会生成Shadow VM（影子虚拟机），在vSphere web client中，可以观察到其存在，如下图所示：

        对上图所示的Shadow VM，其相关背景如下：

（1）在上图中，以“volume”为名字首部的虚拟机是Shadow VM，其上挂载VMDK，永远不会开机启动；

（2）在VMware中，Volume是隶属于虚拟机的二级Object，无法脱离虚拟机而存在。因此，在VMware中，无法单独创建一个Volume，只能在创建虚拟机时创建Volume；

（3）在OpenStack Cinder Service中，Volume是一种独立的对象。

        由于以上所述的原因，使用VMware Cinder VMDK Driver创建Volume时，Volume（即VMDK）必须与Shadow VM进行关联。Shadow VM只能在VMware的管理界面上显示，对OpenStack用户而言，在Dashboard里无法看到Shadow VM的存在。

三、技术概览 

（1）VMware Cinder VMDK Driver用于管理基于vSphere数据存储的卷（Volume）

Ⅰ）通过vCenter管理

        VMware Cinder VMDK Driver连接到vCenter，通过vCenter，对被管理Cluster中的ESXi主机可见的所有数据存储进行动态的访问和管理。 

Ⅱ）将vCenter管理的存储资源作为块设备

        通过VMDK及其相关的数据存储提供的抽象层，对vCenter管理的存储资源，VMware Cinder VMDK Driver将其作为块设备暴露给OpenStack的Cinder块存储服务，这意味着Cinder Volume可由数据存储上的VMDK文件支持，而数据存储则包括任何使用兼容VMware存储技术的NFS、iSCSI、FiberChannel和vSAN。

（2）Volume的创建和挂载

Ⅰ）使用时再创建

        创建一个Volume时，Cinder VMDK Driver将根据需要相应地创建一个VMDK文件，但是，此时并没有实际地执行创建VMDK文件的操作。这一操作要等到第一次将Volume挂载到指定虚拟机的时候，伴随着Shadow VM的创建才能完成。

        这样设计的缘由是：当物理主机无法连接Datastore时，在物理主机上创建的虚拟机也无法挂载Datastore上的Volume，在这种情况下，必须调用Storage vMotion以在不同Datastore上迁移Volume，而这会产生相当的资源开销。因此，在要将Volume实际地挂载到虚拟机上的时候再创建Volume，这样的设计可以将Volume创建在虚拟机所在的物理主机能够访问得到的Datastore上，尽可能地避免资源开销；

Ⅱ）Shadow VM的作用

        在Volume创建之后和将其实际地挂载到虚拟机之间，Shadow VM（影子虚拟机）用于“停泊”VMDK文件（对应于Cinder Volume），Shadow VM一直关机且不消耗资源。

Ⅲ）挂载Volume

A. 如果Volume从未被挂载，那么Volume及其Shadow VM尚不存在，于是，在将要挂载Volume的虚拟机所在物理主机可见的数据存储（data store）里，创建Volume及其Shadow VM，然后，将Volume从Shadow VM上卸载，再挂载给提出挂载要求的虚拟机。

B. 如果Volume曾经被挂载过，对于提出挂载要求的虚拟机所在的物理主机而言： 

• Volume及其Shadow VM所在的数据存储（data store）是可见的，那么，将Volume卸载，再挂载给提出挂载要求的虚拟机；

• Volume及其Shadow VM所在的数据存储（data store）是不可见的，那么， Storage vMotion将会首先被调用，将Volume迁移到物理主机可见的data store上，然后，将Volume卸载，再挂载给提出挂载要求的虚拟机。

（3）VMDK磁盘文件类型

        VMware Cinder VMDK Driver支持3种VMDK磁盘文件类型，即：thin、lazyZeroedThick和eagerZeroedThick，设置时可以使用vmware:vmdk_type参数去指定VMDK的磁盘文件类型，这3种磁盘类型的技术特性如下：

Ⅰ）Thin：只有在需要时才会分配磁盘空间并对其写零，thin磁盘在创建时花费的时间较短。

Ⅱ）lazyZeroedThick：在创建时就分配磁盘空间，但直到第一次写入时才对磁盘写零。

Ⅲ）eagerZeroedThick：在创建时就分配磁盘空间，并对磁盘写零。

（4）克隆类型

        使用VMware Cinder VMDK Driver，可以从其他源Volume或快照点创建Volume，支持Full和Linked/Fast克隆类型，设置时使用vmware:clone_type参数去指定克隆类型。

Ⅰ）完整克隆：Full，克隆虚拟机和源虚拟机是两个完全独立的实体，源虚拟机的修改和删除不会影响到克隆虚拟机的运行。缺点是不同虚拟机需要各自占用完全独立的磁盘空间。

Ⅱ）链接克隆： Linked/Fast，克隆虚拟机必须在源虚拟机存在的情况下才能运行，但优点是多个克隆虚拟机之间的公共部分(共同来自源虚拟机的部分)可以共用同一份磁盘空间。

（5）用vCenter存储策略去指定后端的数据存储（data store)

        在vCenter 5.5及后续版本中，可以创建一个或多个存储策略，并通过使用vmware:storage_profile参数，将存储策略作为块存储的Volume类型暴露给VMware Cinder VMDK Driver。

        比如，在vCenter中有一个名为gold_policy的存储策略，而在一个名为vol_01的块存储Volume类型中，其vmware:storage_profile值被设置为gold_policy，那么，任何使用名为vol_01的Volume类型创建的块存储Volume，都会把Volume创建在与gold_policy存储策略相匹配的数据存储上。

        《整合VMware与OpenStack》的下一篇，将先对VMware Neutron NSX Driver网络驱动的应用场景作简要讨论，然后，对整合VMware和OpenStack的技术手段进行总结和进一步的延伸讨论，进而讨论构建VMware与OpenStack共生环境的方法。