聊聊NovaComputeDriver的那些趣事

Openstack设计准则

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OpenStack是一个开源云计算平台项目，旨在为公共及私有云的建设与管理提供软件的开源实现。可扩展性和弹性是Openstack设计的准则之一，即Openstack的各个组件以及组件内部的模块都应该是可插拔的，并且可以随意的增加插件而不需要修改已有的接口。Driver机制就是其中的一个很好的例子，Nova通过不同的driver支持不同的hypervisor，Cinder通过不同的driver支持不同的存储后端，Neutron通过各种agent支持不同的网络类型，Sahara通过各种plugin支持不同的Hadoop发行版等等，在Openstack几乎处处存在这样的影子。所有的driver都是可配置的，通过配置不同的driver，各个组件就能注册不同的驱动，从而支持不同的资源类型。

何谓Compute Driver

说到Nova，相信大家都会想到它的功能就是管虚拟机的，甚至无意识地和Libvirt、QEMU、KVM等概念自动关联起来。我基本每次面试都会问及Nova的实现原理，大多数面试者都能回答说：Nova的原理嘛，就是调用Libvirt的API管理QEMU/KVM虚拟机。是的，我们部署Openstack时大都会使用libvirt driver，以至于很多人都误以为Nova只是Libvirt的封装，Nova只能管理虚拟机。可事实上，Nova的功能远非如此，我特别需要强调的是：

Libvirt只是众多compute driver的其中一种。
Nova可管的不仅仅是虚拟机。

要理解以上两点，我们首先需要理解Compute Driver究竟是什么?驱动的概念相信大家都明白，我们买了一个新的相机或者U盘需要接入笔记本，完成的第一件事就是要安装驱动。许多驱动是通用的，比如U盘，插入USB接口后就能用，这是因为内核内置了该类型存储设备的驱动程序。有些设备的驱动不是通用的，通常这种情况下，你购买设备时会顺便配备一个小光盘，里面放的就是驱动程序，需要安装到你的电脑上才能使用该设备。因此，这里的驱动可以认为是设备与操作系统的交互接口，或者说代理。虽然硬件设备多种多样，但操作系统定义的接口通常是固定的，比如open()、read()、write()、ioctl()、close()等，驱动程序只要实现了这些接口，就能被操作系统识别、管理。同理，Nova相当于操作系统，而各种形形色色的hypervisor相当于各种设备，而Compute Driver就相当于驱动程序。Compute Driver定义了将近120个接口，所有接口都在nova/virt/driver.py上定义和描述，如:

spawn: 创建一个实例。
destroy: 删除一个实例。
start: 对应虚拟机，就是开机操作。
stop：对应虚拟机，就是关机操作。
reboot: 对应虚拟机，就是重启操作。
…

这些接口通常是固定不变的，也是所有具体实现必须遵循的规范，其描述了所有接口的作用、参数、返回类型等信息，比如spawn接口:

 
 
 
 
  
  
  
  def spawn(self, context, instance, image_meta, injected_files,   
  
  
                admin_password, network_info=None, block_device_info=None):   
  
  
          """Create a new instance/VM/domain on the virtualization platform.   
  
  
     
  
  
          Once this successfully completes, the instance should be   
  
  
          running (power_state.RUNNING).   
  
  
     
  
  
          If this fails, any partial instance should be completely   
  
  
          cleaned up, and the virtualization platform should be in the state   
  
  
          that it was before this call began.   
  
  
     
  
  
          :param context: security context   
  
  
          :param instance: nova.objects.instance.Instance   
  
  
                           This function should use the data there to guide   
  
  
                           the creation of the new instance.   
  
  
          :param nova.objects.ImageMeta image_meta:   
  
  
              The metadata of the image of the instance.   
  
  
          :param injected_files: User files to inject into instance.   
  
  
          :param admin_password: Administrator password to set in instance.   
  
  
          :param network_info: instance network information   
  
  
          :param block_device_info: Information about block devices to be   
  
  
                                    attached to the instance.   
  
  
          """   
  
  
          ...

注意：定义的接口并不要求全部实现，根据具体的后端实现，可以只实现其中的一部分接口，其它未实现的接口只需要简单地抛出NotImplementedError异常即可。

LibvirtDriver是其中的一个实现，它位于nova/virt/libvirt/driver.py，其中spawn()方法相当于调用了libvirt的define()和start()方法。destroy()则相当于调用了libvirt的destroy()方法和undefine方法，其它方法也都能找到对应的调用关系。

理解了什么是Compute Driver，在回过头来思考之前的两个问题:

Libvirt只是众多compute driver的其中一种。相信只要深入了解过Nova并阅读过Nova源码，不会有什么疑问，当前最新版本的Nova项目中原生支持的Compute Driver包括:

libvirt
hyperv
xenapi
vmwareapi
ironic

Nova可管的不仅仅是虚拟机。这很有趣，甚至难以置信，但这却是事实。Nova管理的除了虚拟机之外的东西，有些可能只是一种尝试，有些早已成为了历史，也有些独立门户。带着好奇心，不妨好好盘点下Nova除了能管虚拟机，还能管理哪些有趣的玩意。

Openstack

有人看到这，开始质疑这里标题是不是错了，明明是谈Nova能管什么，怎么突然岔开话题谈Openstack，Nova不是Openstack其中一个组件么?难道Nova管理Nova?不管你信不信，这是真的。其实原理很简单，把Compute Driver的所有实现替换为对另一个Nova API调用即可。比如spawn()方法，转化为对另一个Nova API的"POST /servers"请求。我们把这种模式称作级联Openstack。

这有什么用呢?我们知道，Openstack目前越来越成熟稳定，但一直没能很好的支持大规模的扩展，当规模大到一定程度时，数据库、消息队列等都会成为性能瓶颈，限制了单一Openstack规模的增长。社区为此也思考了一些方案，分Region、分Cell以及前面提到的级联Openstack都是社区的一些尝试，这些尝试都是可行的，但又有其各自的问题。Region和Cell会在后续的文章中重点介绍，这里仅仅介绍下级联Openstack，官方文档参考OpenStack cascading solution。其原理如图:

其实不仅Nova如此，其它所有组件都可以使用类似方法实现级联从而实现大规模扩展:

理论上，这种方法可以无限扩展Openstack的节点，没有规模限制。事实上，部署和实现上还是存在不少挑战问题的，比如如何同步各个child集群的信息以及网络通信等。

目前社区已经把这一部分实现逻辑单独拿出来，并新开了两个相关项目[Tricircle]((https://wiki.openstack.org/wiki/Tricircle)以及Trio2o，二者基本都是由华为在主导，一个负责网络管理，另一个负责实现级联。目前这两个项目还不是特别成熟，但还是提供了一种支持大规模Openstack集群的参考。

Docker

Docker这几年非常火热，甚至有人说Docker会代替虚拟机，K8S会代替Openstack，虽然这种描述过于夸张，也欠缺合理性，但这却足以证明Docker的热度。

也因此社区很早就开始尝试集成Docker。在K版本Openstack中，Nova已经支持了Docker驱动，能够通过Nova来启动Docker容器。实现原理其实也不难，spawn()方法相当于调用Docker的run接口(其实是调用的create()和start()API)，而destory()方法则调用Docker的rm接口。其它接口与之类似。Nova的Docker驱动项目地址为nova-docker。

但是，Docker毕竟是容器，它与虚拟机还是有差别的，使用Nova集成Docker，难以支持Docker的一些高级特性，比如link、volume等。于是又有人提出与Heat集成，通过Heat能够充分利用Docker API，但缺乏调度机制。于是干脆单独一个新的项目来专门提供容器服务，支持多租户和资源调度，这个项目名称为magnum。再后来，magnum想专注于容器编排服务，集成K8S、Docker Swarm等容器编排服务，而单容器服务则又独立一个项目Zun。

裸机

Nova既然能管理虚拟机，那肯定会有人想，能不能管理我们的物理机呢?很好，Nova做到了。Nova很早就支持了裸机管理，原理就是原来对接Libvirt的接口，现在替换为调用IPMI接口，从而实现了裸机的管理。因此Nova的裸机驱动其实就相当于封装了ipmitool命令，事实上，也正是对ipmitool的shell调用。

最开始，裸机管理的代码实现是直接放在Nova源码中的，后来分离出单独的Ironic项目，提供裸机管理服务。

原来的IPMI封装放在了ironic-conductor服务，所有的裸机操作必须通过ironic-api调用。因此原来的Nova裸机驱动实现由直接的IPMI封装，替换为了ironic-api的封装。

总结

除了以上提到的虚拟机、Openstack本身、Docker容器以及物理机，Nova未来还有可能支持更多的东西，也许现在想不到，谁又说得准以后的事呢。

【本文是专栏作者“付广平”的原创文章，如需转载请通过获得联系】

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