一个OpenStack访问请求在各组件之间的调用过程流程分析

问题导读
1.OpenStack的各个服务之间如何实现系统松耦合的？
2.松耦合架构的好处是对开发人员有什么好处？
3.执行openstack命令中，如何实现查看命令执行过程？
4.执行一个boot新实例的操作有几个api请求？
5.对于OpenStack项目的所有组件以及组件之间的调用关系该如何分析？








OpenStack 各个组件之间的关系

OpenStack 是一整套资源管理软件的集合，也是当前最热的开源虚拟化管理软件之一，有一个全球139个国家将近两万开发者参与的开源社区（www.openstack.org）作为支持。OpenStack项目的目的是快速建设一个稳定可靠的公有云或私有云系统。整个项目涵盖了计算，存储，网络以及前端展现等关于云管理的全部方面，包含了众多子项目，其中主要的子项目有：

• OpenStack Compute (code-name Nova) 计算服务
• OpenStack Networking (code-name Neutron) 网络服务
• OpenStack Object Storage (code-name Swift) 对象存储服务
• OpenStack Block Storage (code-name Cinder) 块设备存储服务
• OpenStack Identity (code-name Keystone) 认证服务
• OpenStack Image Service (code-name Glance) 镜像文件服务
• OpenStack Dashboard (code-name Horizon) 仪表盘服务
• OpenStack Telemetry (code-name Ceilometer) 告警服务
• OpenStack Orchestration (code-name Heat) 流程服务
• OpenStack Database (code-name Trove) 数据库服务
  

OpenStack的各个服务之间通过统一的REST风格的API调用，实现系统的松耦合。下图是OpenStack各个服务之间API调用的概览，其中实线代表client 的API调用，虚线代表各个组件之间通过rpc 调用进行通信。松耦合架构的好处是，各个组件的开发人员可以只关注各自的领域，对各自领域的修改不会影响到其他开发人员。不过从另一方面来讲，这种松耦合的架构也给整个系统的维护带来了一定的困难，运维人员要掌握更多的系统相关的知识去调试出了问题的组件。所以无论对于开发还是维护人员，搞清楚各个组件之间的相互调用关系是怎样的都是非常必要的。

从nova-client入手

nova-client是一个命令行的客户端应用，终端用户可以从nova-client发起一个api请求到nova-api，nova-api服务会转发该请求到相应的组件上。同时，nova-api支持对cinder、neutron的请求转发，也就是你可以在nova-client直接向cinder，neutron发送请求。

我们可以在调用nova-client 增加--debug选项打印更多的debug消息，通过这些debug信息可以了解到如果我们需要发起一个完整的业务层面上请求，都需要跟那些服务打交道。

以 boot 一个新实例为例子，以下是执行代码以及debug输出：

[tagett@stack-01 devstack]$ nova --debug boot t3 --flavor m1.nano --image  
44c37b90-0ec3-460a-bdf2-bd8bb98c9fdf --nic net-id=b745b2c6-db16-40ab-8ad7-af6da0e5e699

…

REQ: curl -i 'http://cloudcontroller:5000/v2.0/tokens'

REQ: curl -i 'http://cloudcontroller:8774/v2/d7beb7f28e0b4f41901215000339361d/images/44c37b90-0ec3-460a-bdf2-bd8bb98c9fdf'

REQ: curl -i 'http://cloudcontroller:8774/v2/d7beb7f28e0b4f41901215000339361d/flavors/m1.nano'

REQ: curl -i 'http://cloudcontroller:8774/v2/d7beb7f28e0b4f41901215000339361d/servers' -X POST 
-H "Accept: application/json" -H "Content-Type: application/json" -H "User-Agent: 
python-novaclient" -H "X-Auth-Project-Id: admin" -H "X-Auth-Token:
 {SHA1}15d9e554b7456f1043732bb8df72d1521c5f6aa1" -d '{"server":
 {"name": "t3", "imageRef": "44c37b90-0ec3-460a-bdf2-bd8bb98c9fdf", 
"flavorRef": "42", "max_count": 1, "min_count":
 1, "networks": [{"uuid": "b745b2c6-db16-40ab-8ad7-af6da0e5e699"}]}}'
复制代码

从以上debug输出我们可以清楚看到，执行一个boot新实例的操作需要发送如下几个api请求：

• 向keystone发送请求，获取租户（d7beb7f28e0b4f41901215000339361d）的认证token
• 通过拿到的token，向nova-api服务发送请求，验证image是否存在
• 通过拿到的token，向nova-api服务发送请求，验证创建的favor是否存在
• 请求创健一个新的instance，需要的元数据信息通过包含在请求body中
  

nova-client帮我们把需要的全部请求放到一起，而最重要的就是4。如果用户想自己通过rest api 直接发送http请求的话，可以直接使用4，当然，前提是先通过调用keystone服务得到认证token。

下面结合代码重点叙述一下4的请求数据流动在整个stack中的过程。

图1创建新实例时的请求在OpenStack中各组件之间的调用

上图是一个全局的流程图，图中每个服务是一个单独的进程实例，他们之间通过rpc调用（广播或者调用）另一个服务。nova-api服务是一个wsgi服务实例，创建新instance的入口代码是在nova /api/openstack/compute/servers.py，处理函数为：

def create(self, req, body):
    """Creates a new server for a given user."""
…   
(instances, resv_id) = self.compute_api.create(context,...
复制代码

做一些参数验证之后，调用compute api的create 函数（代码在nova/compute/api.py中）：

@hooks.add_hook("create_instance")
def create(self, context, instance_type,
...
        return self._create_instance(...
复制代码

创建instance对象实例，_create_instance会调用compute_task api 的build_instances 方法对刚创建的instances实例进行构建：

self.compute_task_api.build_instances(context, ...
复制代码

compute_task api是一个nova-conductor 服务的rpc api请求，处理代码在nova/conductor/manager.py中：

def build_instances(self, context, instances, image, filter_properties,
... 
       hosts = self.scheduler_rpcapi.select_destinations(context,
...
       self.compute_rpcapi.build_and_run_instance(context, ...
复制代码

它做了两件事情：调用scheduler的rpc api选择在那些主机上创建新实例，并最终通过rpc请求nova-compute 服务去构建和运行新实例。

处理函数在nova/compute/manager.py中：

def build_and_run_instance(self, context, instance, image, request_spec,
                 filter_properties, admin_password=None,
                 injected_files=None, requested_networks=None,
                 security_groups=None, block_device_mapping=None,
                 node=None, limits=None):
复制代码

最终调用配置文件中配置的hypervisor类型进行虚拟机的创建和运行，一个实例就这样构建好了。

以下是上面涉及到的服务的主要功能：

• nova-api：接受http请求，并响应请求，当然还包括请求信息的验证
• nova-conductor：与数据库交互，提高对数据库访问的安全性
• nova-scheduler：调度服务，决定最终实例要在哪个服务上创建。迁移，重建等都需要通过这个服务
• nova-compute：调用虚拟机管理程序，完成虚拟机的创建和运行以及控制
  

以上基本包含nova项目的全部服务，但一个请求有的时候并不需要经过全部的服务。继续看shelve一个实例的过程。

[tagett@stack-01 devstack]$ nova --debug shelve t2

REQ: curl -i 'http://cloudcontroller:5000/v2.0/tokens' …

REQ: curl -i 'http://cloudcontroller:8774/v2/d7beb7f28e0b4f41901215000339361d/servers'…

REQ: curl -i 'http://cloudcontroller:8774/v2/d7beb7f28e0b4f41901215000339361d/servers/r'…

…

REQ: curl -i 'http://cloudcontroller:8774/v2/d7beb7f28e0b4f41901215000339361d/servers/
00be783d-bef5-46b1-bfdc-316618c76e92/action' 
-X POST -H "Accept: application/json" -H "Content-Type: application/json" 
-H "User-Agent: python-novaclient" -H "X-Auth-Project-Id: admin" 
-H "X-Auth-Token: {SHA1}0634ea0ef1c3994e1f496c5d8890d32610cf11e9" 
-d '{"shelve": null}'…
复制代码

• 向keystone发送请求，获取租户（d7beb7f28e0b4f41901215000339361d）的认证token
• 通过拿到的token，向nova-api服务发送请求，显示该租户的全部服务实例
• 通过拿到的token，向nova-api服务发送请求，查询准备shelve的实例uuid的详细信息
• 请求一个server操作action，执行shelve操作(request body为‘{“shelve”: null}’)
  

nova-api返回http 202，成功接受请求，转为后台进行异步执行。

RESP: [202] CaseInsensitiveDict({'date': 'Thu, 18 Sep 2014 04:03:09 GMT', 
'content-length': '0', 'content-type': 'text/html; 
charset=UTF-8', 'x-compute-request-id': '
req-4be7dc9a-21da-4050-9310-3ee58ca93569'}) RESP BODY: null
复制代码

上面４中的shelve 操作代码在nova/api/openstack/compute/contrib/shelve.py :

@wsgi.action('shelve')
def _shelve(self, req, id, body):
    """Move an instance into shelved mode."""
    context = req.environ["nova.context"]
    auth_shelve(context)

    instance = self._get_instance(context, id)
    try:
        self.compute_api.shelve(context, instance)
    except exception.InstanceIsLocked as e:
        raise exc.HTTPConflict(explanation=e.format_message())
复制代码

从代码可以看出，nova-api服务直接调用了compute_api，代码位于nova/compute/api.py

  if not self.is_volume_backed_instance(context, instance):
        name = '%s-shelved' % instance['display_name']
        image_meta = self._create_image(context, instance, name,
                'snapshot')
        image_id = image_meta['id']
        self.compute_rpcapi.shelve_instance(context, instance=instance,
                image_id=image_id)
    else:
        self.compute_rpcapi.shelve_offload_instance(context,
                instance=instance)
复制代码

comput_api直接调用rpc消息请求，所以，直接将消息发送给了nova-compute服务，所以最终各个组件之间的调用关系如下：

结论

本文介绍了OpenStack项目的所有组件以及组件之间的调用关系，并从nova-client 入手，结合代码分析了两个具体实例，从实例的debug消息分析得出如果我们需要完成一个完整的业务请求，需要调用那些api请求；从代码分析，可以得出api调用的大致关系。rpc请求用于实现一个组件内部的各个服务，如nova组件中的nova-api、nova-compute、nova-conductor、nova-scheduler等。而不同组件之间的调用则是通过rest api请求实现，如nova组件的某一服务需要调用cinder服务，则是在nova组件引入改cinder服务的client api，实现rest-api请求。

作者简介

乔立勇，IBM高级系统软件研发工程师，2011年加入IBM中国Linux技术中心，一直从事Linux虚拟化（KVM）相关方向的研发工作。曾在IBM develowerworks发表多篇关于虚拟化方面的文章，Linux与虚拟化实验室社区的编辑。现在是openstack开源社区一名代码贡献者（launchpad id 'Eli Qiao'）