openstack+kvm架構(gòu)

發(fā)布時間： 2022-05-18 10:16:14

openstack+kvm架構(gòu)，云計算中的核心技術(shù)是虛擬化，可以說虛擬化是云計算區(qū)別于傳統(tǒng)計算模式的重要特點。正是由于虛擬化技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，云計算中的計算、存儲、應(yīng)用和服務(wù)都變成了資源，這些資源可以被動態(tài)擴展和配置，云計算最終才能在邏輯上以單一整體的形式呈現(xiàn)。

KVM是一個集成到Linux內(nèi)核的Hypervisor，很明顯，宿主操作系統(tǒng)必須是Linux，支持的客戶機操作系統(tǒng)包括Linux、Windows、Solaris和BSD，運行在支持虛擬化擴展的x86和x86_64硬件架構(gòu)上，這意味著KVM不能運行在老式CPU上，新CPU如果不支持虛擬化擴展也不能運行(如英特爾的Atom處理器)。

在大多數(shù)情況下，對于數(shù)據(jù)中心來說，這些限制都不是問題，因為每隔幾年硬件都會升級換代。KVM作為一個輕量級的虛擬化管理程序模塊，利用Linux做大量Hypervisor能做的事情，如任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理與硬件設(shè)備交互等。

KVM具有高性能、高擴展與高安全性特點，適合運行Linux或Windows的環(huán)境，在異構(gòu)環(huán)境也能很好地進行管理，而在虛擬化桌面方面，可以提供可靠的可擴展的鏡像服務(wù)器。

KVM有以下特點。

(1)KVM和Linux內(nèi)核高度集成，可以在內(nèi)核內(nèi)部進行部署，這樣可以容易控制虛擬化進程。

(2)KVM更加靈活：由操作系統(tǒng)直接和整合到Linux內(nèi)核中的虛擬化管理程序交互，所以在任何情況下虛擬機都是直接與底層的硬件進行交互，不用修改虛擬機的系統(tǒng)，這是KVM在虛擬機運行方面的優(yōu)勢。

(3)KVM逐漸得到更廣泛的支持：如之前支持Xen的廠商也在改變風(fēng)向，業(yè)內(nèi)知名Linux廠商紅帽在Red Hat Enterprise Linux 5(RHEL 5)時還采用的是XenHypervisor，在RHEL 6中就移除了所有Xen相關(guān)組件，只用KVM，并且提供Xen到KVM虛擬機遷移工具。另一家Linux廠商Ubuntu則明確表示選擇KVM作為其Hypervisor。

由于以上特點，使用KVM作為虛擬化軟件，并且結(jié)合OpenStack部署，不需要特別配置，可以降低云平臺部署的難度。

由圖1可知，該私有云平臺的構(gòu)建可以分為三層，分別為基礎(chǔ)設(shè)施層、云中間件層和云門戶層。其中云門戶層分為用戶訪問界面和用戶訪問接口，用戶訪問界面以Web界面的形式展示給用戶，讓普通用戶可以方便進行私有云平臺的使用，用戶訪問接口則是調(diào)用 API 來完成相關(guān)操作，一般用于功能擴展或高級用戶操作。

云中間件層包括資源監(jiān)測、資源預(yù)測、虛擬資源自適應(yīng)、安全管理、用戶管理和云存儲這幾個模塊，通過云中間件的開發(fā)，用戶可以使用 OpenStack 云平臺未提供的功能，滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)需求。最底層是基礎(chǔ)設(shè)施層，主要包括物理資源和虛擬資源，通過KVM和OpenStack在物理資源上的部署，為上層提供虛擬化的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等虛擬資源。

圖1 OpenStack+KVM云平臺架構(gòu)圖

使用KVM作為虛擬化軟件，構(gòu)建基于OpenStack的云平臺，云平臺的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中，最底層是資源層，主要包括服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等物理資源。虛擬化層主要包括KVM 虛擬化技術(shù)和OpenStack 云平臺，KVM 虛擬化技術(shù)將資源層的物理資源進行虛擬化，并利用 OpenStack 構(gòu)建出云平臺，通過將下層的物理資源虛擬化并整合，向上層提供虛擬機服務(wù)。

管理層主要包括虛擬機監(jiān)控、虛擬資源自適應(yīng)、身份認(rèn)證和鏡像管理，通過對虛擬化層提供的虛擬機進行監(jiān)控，并結(jié)合虛擬資源自適應(yīng)模型進行調(diào)度，為上層用戶提供可以進行自適應(yīng)伸縮的虛擬群集，開層部署等服務(wù)。

服務(wù)層主要包括部署服務(wù)、計算服務(wù)、存儲服務(wù)和認(rèn)證服務(wù)，用戶在使用中用到的服務(wù)不止這些，此處僅列舉出常用的幾個服務(wù)。

最上層是用戶層，用戶層分Dashboard用戶和OpenStack APIs用戶，Dashboard用戶是指通過Dashboard提供的Web-based用戶界面進行啟動實例、分配IP地址等操作，OpenStack APIs用戶則是通過OpenStack的API直接對云平臺進行相關(guān)的操作。

圖2 云平臺體系結(jié)構(gòu)圖

OpenStack可以有多種部署方式，根據(jù)節(jié)點數(shù)的不同，有以下幾種部署架構(gòu)。

單節(jié)點：網(wǎng)絡(luò)控制器(運行nova-network)與計算(運行nova-compute，或者更確切地說，運行虛擬機實例)部署在一個主機。這樣就不需要控制節(jié)點與計算節(jié)點之間的通信，也就少了很多網(wǎng)絡(luò)概念，這也是入門者常用的方式。

雙節(jié)點：一個cloud controller節(jié)點運行除nova-compute外的所有nova-service,compute節(jié)點運行nova-compute。這種配置主要用于概念和開發(fā)環(huán)境的證明。

多節(jié)點：在兩節(jié)點的基礎(chǔ)上，添加更多的compute節(jié)點，也可以將cloudcontroller節(jié)點中的network controller和volume controller分離出來，分別增加一個volume controller和一個network controller作為額外的節(jié)點。對于運行多個需要大量處理能力的虛擬機實例，至少是4個節(jié)點是最好的。

由于網(wǎng)絡(luò)控制器與計算節(jié)點分別在不同主機，普通部署方式下(不是multi_host)，只有 nova-network控制網(wǎng)絡(luò)，而它僅僅在控制節(jié)點運行。因此，所有計算節(jié)點的實例都需要通過控制節(jié)點來與外網(wǎng)通信。

根據(jù)網(wǎng)卡數(shù)的不同，可以分為單網(wǎng)卡和雙網(wǎng)卡，雙網(wǎng)卡時，一個網(wǎng)卡作為 public網(wǎng)絡(luò)的接口使用，另一個作為flat網(wǎng)絡(luò)的接口使用。單網(wǎng)卡時，這一個網(wǎng)卡需要作為public網(wǎng)絡(luò)的接口使用，同時也需要作為flat網(wǎng)絡(luò)的接口，因此需要處于混雜模式。不過建立的網(wǎng)絡(luò)與雙網(wǎng)卡類似，都分為flat網(wǎng)絡(luò)和public網(wǎng)絡(luò)。

使用單網(wǎng)卡，需要在nova.conf中使public_interface和flat_interface都為eth0。使用單塊網(wǎng)卡，不只是可以降低成本，而且還可以減少系統(tǒng)的復(fù)雜性，布線等。比如Facebook機房的機器，都是單塊網(wǎng)卡，這是比較值得思考和借鑒的地方。

實驗案例可以采用單網(wǎng)卡多節(jié)點的方式部署，控制節(jié)點安裝部署除nova-compute以外的所有OpenStack組件，所有計算節(jié)點都安裝nova-compute組件。當(dāng)需要添加新的計算節(jié)點到云平臺時，將之前安裝好計算節(jié)點上的 nova.conf 文件拷貝到新增的節(jié)點上即可。OpenStack+KVM云平臺的部署架構(gòu)設(shè)計如圖3所示。