探索 OpenStack 之（7）：深入块存储服务Cinder （功能篇）
问题导读1、OpenStack是怎么存储的？
2、怎么去操作Cinder？
3、cinder的组件有那些？
static/image/hrline/4.gif
继研究了Neutron之后，继续Nova的外围研究之旅。本站是研究块存储服务Cinder。
验证环境
环境包括：
1、一个controller节点，运行nova-api, nova-scheduler, cinder-api, cinder-scheduler, mysql, rabbitmq
2、一个Nova compute节点，运行一个虚机
3、三个cinder volume节点，每个节点使用LVMISCSIDriver来使用本地存储
4. 创建一个volume type，设置 volume_backend_name = lvmbackend
cinder.conf 在 block1上
enabled_backends =lvmdriver-b1
volume_group = cinder-volumes
volume_driver = cinder.volume.drivers.lvm.LVMISCSIDriver
volume_backend_name = lvmbackend
cinder.conf 在 block2上
enabled_backends = lvmdriver-b21,lvmdriver-b22
storage_availability_zone=az1
iscsi_ip_address = 10.0.1.29
volume_group = cinder-volumes1
volume_driver = cinder.volume.drivers.lvm.LVMISCSIDriver
volume_backend_name = lvmbackend
volume_group = cinder-volumes2
volume_driver = cinder.volume.drivers.lvm.LVMISCSIDriver
volume_backend_name = lvmbackend
cinder.conf 在 block3上
enabled_backends = lvmdrier-network
volume_group = system
volume_driver = cinder.volume.drivers.lvm.LVMISCSIDriver
volume_backend_name = lvmbackendcinder的service如下：
root@controller:/home/s1# cinder service-list
+------------------+---------------------------+------+---------+-------+----------------------------+-----------------+
| Binary | Host | Zone |Status | State | Updated_at | Disabled Reason |
+------------------+---------------------------+------+---------+-------+----------------------------+-----------------+
|cinder-backup | controller | nova | enabled | up| 2015-01-11T16:36:00.000000 | None |
| cinder-scheduler | controller | nova | enabled | up| 2015-01-11T16:36:01.000000 | None |
|cinder-volume | block1@lvmdriver-b1 | nova | enabled | up| 2015-01-11T16:36:08.000000 | None |
|cinder-volume | block2@lvmdriver-b21 | az1| enabled | up| 2015-01-11T16:36:06.000000 | None |
|cinder-volume | block2@lvmdriver-b22 | az1| enabled | up| 2015-01-11T16:36:05.000000 | None |
|cinder-volume | network@lvmdriver-network | nova | enabled | up| 2015-01-11T16:36:02.000000 | None |
+------------------+---------------------------+------+---------+-------+----------------------------+-----------------+
说明:说明:
[*]Cinder为每一个backend运行一个cinder-volume服务
[*]通过在cinder.conf中设置 storage_availability_zone=az1 可以指定cinder-volume host的Zone。用户创建volume的时候可以选择AZ，配合cinder-scheduler的AvailabilityZoneFilter可以将volume创建到指定的AZ中。 默认的情况下Zone为nova。
[*]通过在cinder.conf中的backend配置部分设置 iscsi_ip_address = 10.0.1.29 可以指定iSCSI session使用的网卡，从而做到数据网络和管理网络的分离。
[*]搭以上多节点环境，一定要注意各节点之间使用NTP进行时间同步，否则可能出现cinder-volume没有任何错误，但是其状态为down的情况。
1、关于OpenStack块存储
1.1 OpenStack中的存储
1.2 虚机对块存储的要求
1.3 Cinder概述
1.4 Cinder的内部架构
[*]三个主要组成部分
[*]–cinder-api 组件负责向外提供Cinder REST API
[*]–cinder-scheduler 组件负责分配存储资源
[*]–cinder-volume 组件负责封装driver，不同的driver负责控制不同的后端存储
[*]组件之间的RPC靠消息队列（Queue）实现
[*]Cinder的开发工作主要集中在scheduler和driver，以便提供更多的调度算法、更多的功能、以及指出更多的后端存储
[*]Volume元数据和状态保存在Database中
1.5 Cinder的基本功能
1卷操作创建卷
2从已有卷创建卷 （克隆）
3扩展卷
4删除卷
5卷-虚机操作挂载卷到虚机
6分离虚机卷
7卷-快照操作创建卷的快照
8从已有卷快照创建卷
9删除快照
10卷-镜像操作从镜像创建卷
11从卷创建镜像
1.6 Cinder 插件
1.6.1 LVMISCSIDriver
每个hyperviosor作为一个iSCSI initiator。比如 Initiator: iqn.1993-08.org.debian:01:8d794081cd6a alias: compute1
root@compute1:/home/s1# cat /etc/iscsi/initiatorname.iscsi
InitiatorName=iqn.1993-08.org.debian:01:8d794081cd6a
每个Lun作为一个iSCSI target：
比如 IQN -iqn.2010-10.org.openstack:volume-3f204086-609e-449f-90a1-3a0d2c92c525
每个initiator和target之间有个tcp session。在compute node上查看iSCSI session：
root@compute1:/home/s1# iscsiadm -m session
tcp: 192.168.1.24:3260,1 iqn.2010-10.org.openstack:volume-5cfc715d-a7b3-47b4-bded-44c0a228360c
tcp: 192.168.1.19:3260,1 iqn.2010-10.org.openstack:volume-4039eb07-90eb-4a92-8fd3-e3514cb4969b
tcp: 192.168.1.29:3260,1 iqn.2010-10.org.openstack:volume-3f204086-609e-449f-90a1-3a0d2c92c525
tcp: 10.0.1.29:3260,1 iqn.2010-10.org.openstack:volume-1b7f6669-06db-474e-bf78-4feea529be5b
tcp: 192.168.1.24:3260,1 iqn.2010-10.org.openstack:volume-39363c5f-cf3c-4461-af83-00314839f05a
tcp: 192.168.1.24:3260,1 iqn.2010-10.org.openstack:volume-a0a7ccb3-8864-4fd0-aee2-0e20d43ba8dd
每个target的详细信息：
tgtadm --lld iscsi --op show --mode target
Target 1: iqn.2010-10.org.openstack:volume-136354c3-5920-46b9-a930-52c055c53295
System information:
Driver: iscsi
State: ready
I_T nexus information:
I_T nexus: 2
Initiator: iqn.1993-08.org.debian:01:8d794081cd6a alias: compute1
Connection: 0
IP Address: 192.168.1.15
LUN information:
LUN: 0
Type: controller
SCSI ID: IET 00010000
SCSI SN: beaf10
Size: 0 MB, Block size: 1
Online: Yes
Removable media: No
Prevent removal: No
Readonly: No
SWP: No
Thin-provisioning: No
Backing store type: null
Backing store path: None
Backing store flags:
LUN: 1
Type: disk
SCSI ID: IET 00010001
SCSI SN: beaf11
Size: 1074 MB, Block size: 512
Online: Yes
Removable media: No
Prevent removal: No
Readonly: No
SWP: No
Thin-provisioning: No
Backing store type: rdwr
Backing store path: /dev/cinder-volumes/volume-136354c3-5920-46b9-a930-52c055c53295
Backing store flags:
Account information:
s6KdhjSUrU2meEyxPTDZ
ACL information:
ALL
volume被从虚机分离后，相应的tcp session被删除。
1.6.2 IBM SVC/DS8K/XIV 插件
1.6.3 LVM插件和Vendor插件的比较
2、 Cinder操作
下面讲讲几个比较有意思的操作
2.1 tranfer volume：将volume 的拥有权从一个tenant中的用户转移到另一个tenant中的用户。
两步走：1。 在volume所在tenant的用户使用命令 cinder transfer-create 产生tranfer的时候会产生transfer id 和 authkey：
root@dev:/home/s1# cinder transfer-create d146a947-9c1e-489f-b7a3-6b9604d9fb49
+------------+--------------------------------------+
|Property| Value |
+------------+--------------------------------------+
|auth_key| a94e45d06dd54500 |
| created_at | 2015-01-07T07:36:33.916921 |
| id | b14d1d26-8249-4dd2-8213-258ccfe31542 |
| name | None |
| volume_id| d146a947-9c1e-489f-b7a3-6b9604d9fb49 |
+------------+--------------------------------------+
目前的tenant id： os-vol-tenant-attr:tenant_id | 96aacc75dc3a488cb073faa06a34b235
2。 在另一个tenant中的用户使用命令cinder transfer-accept 接受transfer的时候，需要输入transfer id 和 auth_key
s1@dev:~$ cinder transfer-accept b14d1d26-8249-4dd2-8213-258ccfe31542 a94e45d06dd54500
+-----------+--------------------------------------+
|Property | Value |
+-----------+--------------------------------------+
| id | b14d1d26-8249-4dd2-8213-258ccfe31542 |
| name | None |
| volume_id | d146a947-9c1e-489f-b7a3-6b9604d9fb49 |
+-----------+--------------------------------------+
新的tenant id： os-vol-tenant-attr:tenant_id | 2f07ad0f1beb4b629e42e1113196c04b
其实，对volume来说，就是修改了tenant id （属性：os-vol-tenant-attr:tenant_id ）而已。
2.2 volume migrate： 将volume从一个backend迁移到另一个backend
多种可能的情况：1. 如果volume没有attach到虚机，
1.1 如果是同一个存储上不同backend之间的迁移，需要存储的driver会直接支持存储上的migrate。
1.2 如果是不同存储上的backend之间的volume迁移，或者存储cinder driver不支持同一个存储上backend之间的迁移，那么将使用cinder默认的迁移操作：Cinder首先创建一个新的volume，然后从源volume拷贝数据到新volume，然后将老的volume删除。
2. 如果volume已经被attach到虚机，Cinder创建一个新的volume，调用Nova去将数据从源volume拷贝到新volume，然后将老的volume删除。目前只支持Compute libvirt driver.
注意在多个backend的情况下，host必须使用host全名。比如： cinder migrate vol-b21-1 block2@lvmdriver-b22
2.3 volume backup
OpenStack Juno版本支持将volume备份到 Ceph，Swift，IBM Tivoli Storage Manager (TSM)。
2.4 qos 支持
Cinder提供qos支持框架，具体的实现依赖于各vendor实现的plugin。
以IBM SVC为例，可以按照如下方法使用qos：
（1）创建一个qos spec：
cinder qos-create qos-spec qos:IOThrottling=12345
（2）关联qos spec到一个volumetype
cinder qos-associate 0e710a13-3c40-4d50-8522-72bddabd93cc
（3）创建该volume type类型的volume
cinder create 1 --volume-type svc-driver25 --display-name volwit
（4）查看该volume，其被设置了throttling 属性，它限制了该volume上最大的I/O。
SVC Volume: throttling 12345
3 cinder的组件
关于RPC： cinder内部各组件之间使用基于RabbitMQ的RPC通信。cinder-scheduler和cinder-volume分别 会 创建RPC连接，启动消费者线程，然后等待队列消息。当轮询查询到消息到达后，创建线程处理相关消息。
3.1 cinder-api
主要服务接口, 负责接受和处理外界的API请求，并将请求放入RabbitMQ队列，交由后端执行。
cinder-api提供两个版本的REST API：V1提供Volume，Vloume type，Snapshot操作的API；V2增加了QoS，Limits，Backup操作的API。
除了V1和V2文档列出来的API外，一些volume的操作需要通过POST + action的方式实现，比如extend volume：
POST http://controller:8776/v1/fa2046aaead44a698de8268f94759fc1/volumes/8e87490c-fa18-4cff-b10e-27645c2a7b99/action
Action body: {"os-extend": {"new_size": 2}}
此类操作有：
os-reset_status
os-force_delete
os-force_detach
os-migrate_volume
os-migrate_volume_completion
os-reset_status
os-update_snapshot_status
os-attach
os-detach
os-reserve
os-unreserve
os-begin_detaching
os-roll_detaching
os-initialize_connection
os-terminate_connection
os-volume_upload_image
os-extend
os-update_readonly_flag
os-retype
os-set_bootable
os-promote-replica
os-reenable-replica
os-unmanage
cinder-api service 的启动过程分析见 探索 OpenStack 之（11）：cinder-api Service 启动过程分析 以及 WSGI / Paste deploy / Router 等介绍
3.2 cinder-scheduler
cinder-scheduler的用途是在多backend环境中决定新建volume的放置host：
0。 首先判断host的状态，只有service状态为up的host才会被考虑。
1。创建volume的时候，根据filter和weight算法选出最优的host来创建volume。
2。迁移volume的时候，根据filter和weight算法来判断目的host是不是符合要求。
如果选出一个host，则使用RPC调用cinder-volume来执行volume操作。
为了维护host的状态，cinder-scheduler接受定时的host上cinder-volume状态上报：
2015-01-12 02:02:56.688 828 DEBUG cinder.scheduler.host_manager Received volume service update from block2@lvmdriver-b21: {u'pools': [{u'pool_name': u'lvmbackend', u'QoS_support': False, u'allocated_capacity_gb': 1, u'free_capacity_gb': 3.34, u'location_info': u'LVMVolumeDriver:block2:cinder-volumes1:default:0', u'total_capacity_gb': 5.34, u'reserved_percentage': 0}], u'driver_version': u'2.0.0', u'vendor_name': u'Open Source', u'volume_backend_name': u'lvmbackend', u'storage_protocol': u'iSCSI'} update_service_capabilities /usr/lib/python2.7/dist-packages/cinder/scheduler/host_manager.py:434
3.2.1 Host Filtering 算法
默认的filter包括 AvailabilityZoneFilter,CapacityFilter,CapabilitiesFilter。其中：
[*]AvailabilityZoneFilter会判断cinder host的availability zone是不是与目的az相同。不同则被过滤掉。
[*]CapacityFilter会判断host上的剩余空间 free_capacity_gb 大小，确保free_capacity_gb 大于volume 的大小。不够则被过滤掉。
[*]CapabilitiesFilter会检查host的属性是否和volume type中的extra specs是否完全一致。不一致则被国旅掉。
经过以上Filter的过滤，cinder-scheduler会得到符合条件的host列表，然后进入weighting环节，根据weighting算法选出最优的host。得到空列表则报No valid host was found错误。cinder.conf中，scheduler_default_filters不设置的话，cinder-scheduler默认会使用这三个filter。3.2.2 Host Weighting 算法
[*]AllocatedCapacityWeigher：有最小已使用空间的host胜出。 可设置allocated_capacity_weight_multiplier为正值来反转，其默认值为-1。
[*]CapacityWeigher：有最大可使用空间的host胜出。可设置capacity_weight_multiplier为负值来反转算法，其默认值为1
[*]ChanceWeigher：随机从过滤出的host中选择一个host
经过此步骤，cinder-scheduler将得到一个weighted_hosts列表，它将会选择第一个host做为volume的目的host，把它加到retry_hosts列表中，然后通过RPC调用上面的cinder-volume来创建volume。cinder.conf中，scheduler_default_weighers不设置的话，cinder-scheduler默认使用 CapacityWeigher。3.3 cinder-volume该服务运行在存储节点上，管理存储空间，处理cinder数据库的维护状态的读写请求，通过消息队列和直接在块存储设备或软件上与其他进程交互。每个存储节点都有一个Volume Service，若干个这样的存储节点联合起来可以构成一个存储资源池。 cinder-volume会实现一些common操作，比如 copy_volume_data， 在driver.py里面实现先attach source 和 target volume，然后执行拷贝数据。其它操作则需要调用driver的接口来实现volume的操作。3.3.1 volume创建失败重试机制用户可以在cinder.conf中使用scheduler_max_attempts来配置volume创建失败时候的重试次数，默认次数为3，值为1则表示不使用重试机制。
# Maximum number of attempts to schedule an volume (integer value)#scheduler_max_attempts=3
cinder-sheduler和cinder-volume之间会传递当前是重试次数。如果volume创建失败，cinder-volume会通过RPC重新调用cinder-scheduler去创建volume，cinder-scheduler会检查当前的重试次数是不是超过最大可重试次数。如果没超过，它会选择下一个可以使用的host去重新创建volume。如果在规定的重试次数内仍然无法创建volume，那么会报No valid host was found错误。
比如下面的重试过程：
cinder-volume：
Insufficient free space for volume creation on host network@lvmdriver-network#lvmbackend (requested / avail): 5/0.0Insufficient free space for volume creation on host block2@lvmdriver-b2#lvmbackend (requested / avail): 5/4.0Insufficient free space for volume creation on host block1@lvmdriver-b1#lvmbackend (requested / avail): 5/1.0cinder-scheduler： No valid host was found3.3.2 从image创建volumea。volume-driver首先尝试去调用driver的clone_image方法。大多数driver没有实现该方法，比如默认的LVM driver。IBM的GPFS Driver有实现该方法，其实现参考其注释：Attempt to create a volume by efficiently copying image to volume. If both source and target are backed by gpfs storage and the source image is in raw format move the image to create a volume using either gpfs clone operation or with a file copy. If the image format is not raw, convert it to raw at the volume path.
b。若driver的clone-image方法不成功，则执行Cinder的默认方法：（1）创建一个raw的volume，设置其状态为downloading （2）将image下载并拷贝到该volume。具体方法每个driver可以自行实现，Cinder也提供默认实现。
c。拷贝image的metadata到volume的metadata。3.3.3 从snapshot创建volumea。获取snapshot
b。Cinder不提供默认实现方式，它调用各driver的create_volume_from_snapshot方法创建volume。以IBM SVC为例，它会在SVC存储上创建snapshot的一个拷贝。
c。如果snapshot是bootable的话，需要拷贝它的metadata到新的volume上。3.3.4 从volume创建volumea。获取源volume
b。Cinder不提供默认实现方式，它需要调用各driver的create_cloned_volume方法来创建volume。以IBM SVC为例，它会在存储上创建源volume的一个拷贝。
c。如果源volume是bootable的话，需要拷贝它的metadata到新的volume上。3.3.5 创建原始volume默认的话，cinder-volume会调用各driver创建一个原始的volume。
Cinder的研究基本到这里。
相关内容：
学习OpenStack之 (1)：安装devstack
学习OpenStack之 (2)：Cinder LVM 配置
学习OpenStack之 (3)：Devstack Screen 使用技巧
学习OpenStack之（4）：在Mac上部署Juno版本OpenStack 四节点环境
学习OpenStack之（5）：Neutron 深入学习之 OVS + GRE 之 Compute node 篇
探索 OpenStack 之（6）：Neutron 深入探索之 OVS + GRE 之 完整网络流程 篇
探索 OpenStack 之（7）：深入块存储服务Cinder （功能篇）
探索 OpenStack 之（8）：深入镜像服务Glance
探索 OpenStack 之（9）：cinder-api Service 启动过程分析 以及 WSGI / Paste dep
探索 OpenStack 之（10）：cinder-api Service 处理 HTTP Request 的过程分析
探索 OpenStack 之（11）：研究 Keystone
dddddddddddddddddddddddd
页:
[1]