Openstack 03 - Nova Compute

1.前言

很早之前就开始着手写Openstack 系列的博客了,在写了总体架构和Keystone之后，准备写Nova,但是每次写到一半，自己心里就觉得不踏实，因为似乎我并没有真正理解Nova，或者说根本就没理解Compute的真正意义。Nova 或许并不仅仅只是Openstack整体架构中的一个组件那么简单。今天准备开始写Nova，但是我依然觉得距离完全理解Nova还有一段距离，但我打算先写出来，读者可以一起探讨。

2.背景

之前与同事在讨论云计算的时候，他说云计算其实是一个伪命题，因为根本不存在什么云，这些概念是说给外行或者不懂技术的客户听的。云本质上就是一个操作系统，作用是调度各类基础资源，以服务的形式暴露出来。想想我们的计算机操作系统，不也是把硬盘、网络、CPU这些作为基础资源暴露出来，供上层应用来调用嘛.我对这个观点表示深深地认同，真正的专家是把高深的概念用通俗的方式解释出来，解开云计算神秘的面纱，我们再次审视我们每天所谓的云，其实就是一个大型的分布式、高可用的基础资源管理系统。云计算的计算概念是如何理解呢?个人认为计算即调度，云操作系统不仅仅要能够管理资源，而且必须知道何时提供多少资源，这样才能够让云智能起来，说得通俗点就是资源的调度过程，用一个高大上的词汇就是智能。比如在Openstack中，如果集成了KVM和VMWare，那么用户在创建资源的时候，Openstack必须知道哪个节点资源的占用情况，从而讲任务分配到空闲的节点，甚至能够在资源池之间自动漂移。这才是计算最本质的东西。

当然Nova 还需要管理实例的生命周期的各个状态，比如虚拟机的创建，挂起，停止，重启等等。不过目前不支持动态扩容，因为扩容需要重启实例,这需要高可用特性的支持.

3.Nova

Nova 是Openstack整个体系中的计算组件。从背景一节中，我提出了计算即调度的概念。那么Nova 必须要与存储，网络等模块打交道（当然还有keystone），与此同时，Nova 并没有具体实现虚拟化（具体的虚拟化是KVM，VMWare，Xen），Nova 通过librivt调用具体的虚拟化平台。所以我们就很容易得出结论，nova的架构如下：

总结下来,nova的主要组件如下:

- API Server (nova-api)

- Message Queue (rabbit-mq server)

- Compute Workers (nova-compute)

- Network Controller (nova-network)

- Volume Worker (nova-volume)

- Scheduler (nova-scheduler)

下面逐一介绍下各个组件的基本功能：

API Server（nova-api）

API Server对外提供一个与云基础设施交互的接口，也是外部可用于管理基础设施的唯一组件。管理使用EC2 API通过web services调用实现。然后API Server通过消息队列（Message Queue）轮流与云基础设施的相关组件通信。作为EC2 API的另外一种选择，OpenStack也提供一个内部使用的“OpenStack API”。

Message Queue（Rabbit MQ Server）

OpenStack 节点之间通过消息队列使用AMQP（Advanced Message Queue Protocol）完成通信。Nova 通过异步调用请求响应，使用回调函数在收到响应时触发。因为使用了异步通信，不会有用户长时间卡在等待状态。这是有效的，因为许多API调用预期的行为都非常耗时，例如加载一个实例，或者上传一个镜像。

Compute Worker（nova-compute）

Compute Worker处理管理实例生命周期。他们通过Message Queue接收实例生命周期管理的请求，并承担操作工作。在一个典型生产环境的云部署中有一些compute workers。一个实例部署在哪个可用的compute worker上取决于调度算法。

Network Controller（nova-network）

Network Controller 处理主机地网络配置。它包括IP地址分配、为项目配置VLAN、实现安全组、配置计算节点网络。

Volume Workers（nova-volume）

Volume Workers用来管理基于LVM（Logical Volume Manager）的实例卷。Volume Workers有卷的相关功能，例如新建卷、删除卷、为实例附加卷，为实例分离卷。卷为实例提供一个持久化存储，因为根分区是非持久化的，当实例终止时对它所作的任何改变都会丢失。当一个卷从实例分离或者实例终止（这个卷附加在该终止的实例上）时，这个卷保留着存储在其上的数据。当把这个卷重附加载相同实例或者附加到不同实例上时，这些数据依旧能被访问。

一个实例的重要数据几乎总是要写在卷上，这样可以确保能在以后访问。这个对存储的典型应用需要数据库等服务的支持。

Scheduler（nova-scheduler）

调度器Scheduler把nova-API调用映射为OpenStack组件。调度器作为一个称为nova-schedule守护进程运行，通过恰当的调度算法从可用资源池获得一个计算服务。Scheduler会根据诸如负载、内存、可用域的物理距离、CPU构架等作出调度决定。nova scheduler实现了一个可插入式的结构。

当前nova-scheduler实现了一些基本的调度算法：
◾随机算法：计算主机在所有可用域内随机选择
◾可用域算法：跟随机算法相仿，但是计算主机在指定的可用域内随机选择。
◾简单算法：这种方法选择负载最小的主机运行实例。负载信息可通过负载均衡器获得。

关于这部分的源码解读，请参考博客:

1) Scheduler 源码解析 

http://blog.csdn.net/gaoxingnengjisuan/article/details/15615743

2）Nova-Schedluer 的调度

http://lynnkong.iteye.com/blog/1699413

这里着重需要强调下,Nova 虚拟机的创建，启动过程,请参考这篇：

1）openstack之虚拟机的创建流程

http://www.tuicool.com/articles/MbIRN3

2）openstack 虚拟机启动

http://www.aboutyun.com/thread-6882-1-1.html

4.总结

Nova 模块是非常核心的部分,理解起来需要结合架构设计来理解，注意与其他模块的交互。