改善OpenStack上DHCP的性能

你有没有碰到过OpenStack中，VM失去IP地址的问题？如果有的话，你知道那可能是什么问题
——特别是如果你拥有大量的节点和VM。你的客户会因为没有明显原因却断了与VM的连接而感到 挫败。甚至云的支持团队会为log文件里没有提示却出现问题感到挫败。

听起来很熟悉？

在这篇blog里，我将会分享我的一些关于Openstack网络的经验，特别是承担为VM分配IP地址的责任的DHCP子组件。

为什么我们会把问题归咎于DHCP组件？因为这些特定的问通常都是由这个小但明显微不足道的OpenStack组件导致的。

DHCP agent和DNSmasq

在OpenStack中，neutron-dhcp-agent为实例提供ip地址。理论上，neutron-dhcp-agent可以支持多种

后端，但现在它只支持dnsmasq。当启动一个实例时，分配和配置（ip）的程序包含一个在dnsmasq config中储存ip地址的进程，接着启动或重载dnsmasq。通常，OpenStack在每个网络中只有一个neutron-dhcp-agent负责spawn一个dnsmasq，所以一个庞大的网络（包含所有子网）中只会有一个dnsmasq提供服务。理论上，并且根据实用的实验室测试，dnsmasq应该能每秒处理1000个DHCP请求，但这里有些事实要说明下：

1.租赁时间。默认情况下是120s，你大概会知道，在租赁时间内，dhcp客户端会尝试中途延长租赁时间。这意味着每个VM会一分钟更新一次他们的ip地址。

2.去启动一个包含65535个静态租赁的DNSmasq实例几乎需要4分钟（3分43秒）。一般这会发生在neutron为新的VM分配新的ip地址，接着强行reload DNSmasq时。在此时，将没有DHCP服务会为相应的私有Neutron网络提供服务。

3.如果你没有在dnsmasq的配置中使用no-ping选项——这是应归于对安全担忧的OpenStack的默认设置——你会因非常慢的服务速度感到痛苦，因为在dnsmasq中，一个分开的pinger进程会被用于检查所提供的ip地址是否已经在使用中。包含no-ping选项，dnsmasq将能在10分钟内为160个请求提供服务并且不会失去它们，尽管这依赖于核心（core）速度和CPU速度。

4.Ubuntu和CentOS有mac地址表（neighbour table）被限制到/128/512/1024(net.ipv4.neigh.default.gc_thresh1/2/3）个记录。因为如此，不经常使用的 IP 记录将会异常快速老化（IP records that are not frequently used will age abnormally fast）这会影响网络性能并拖慢系统把流量发送至dhcp agent所在节点上的正确的mac地址的能力。

5.企图通过显著的增加ip的租赁时间去解决这些性能问题，这会导致neutron释放ip地址这方面的大问题（如果你的云负载均衡地改变)。默认情况下，neutron会为一个VM分配一个ip地址达24小时（neutron will allocate an IP address to a VM for 24 hours），独立于实际的租赁时间。当然，默认情况下，neutron不会为已经终止了的实例提供ip地址直至24小时。

你可以采取的措施
幸运的是，你可以做点事解决问题，如果你使用openstack并拥有一个地址空间大于255个地址（/24）的私有网络，

接着你应该考虑调整dnsmasq和network节点自身的默认参数。

1.增加ip的租赁时间以减少每秒来自VM的尝试更新ip地址的请求数量。根据一般的场景计算新的租赁时间，
记住虚拟机生命周期的平均时间。由于一个Bug，设置太大的租赁时间值会强迫OpenStack在数据库中保留这个ip地址为“used”的状态。即使VM已经被删除，因为neutron的租赁时间在数据库中，neutron将不会释放这个ip地址。

2.增加MAC地址表的尺寸使其能服务至少一千个主机。要做到这样，典型地，你可以设置dhcp-agent所在主机
的sysctl变量（通常在/etc/sysctl.conf）。视情况，你可以在所有与网络有关的节点执行以下操作，这些变量

如此设置：

3.为DNSmasq的默认参数加上no-ping选项。这个改变能够使其每秒处理多10-20个请求，因为在被实际分配之前，dnsmasq无需再尝试ping那些ip。如果你使用OpenStack作为你的基础设施的一部分，记住，你必须谨慎地考虑这个选项。比如，如果你正使用提供者网络（provider networks）并且你的VM与其他物理服务器、设备、等等是单一L2域的组成部分，IP冲突是可能发生的的,可以造成严重破坏。

Neutron社区必须思考的改变

不幸地，在neutron中没有任何办法能为用户解决24小时ip分配的问题（the problem of 24 hour IP allocation），这个问题应该从neutron自身的改变去解决。一个简单的解决方法是在neutron或dhcp-agent中增加一个可配置的参数以修改租赁时间，并把它用作neutron数据库中的分配周期。这个方法表面看上去很完美但是仔细检查一下，你会意识到这会大大增加neutron-api/neutron-db的负载。所以这不是一个正确或不正确的方法去解决问题。

取而代之的是，neutron应该在实例被终止时简单地从数据库中移除ip地址。这会解决所有问题并在云上实现

动态负载和ip地址的完美重用。【实际上，这恰好是Icehouse版本的情况，尽管目前问题有所减轻】

结论

正如我说的，我的所述只是覆盖了一个很小的OpenStack网络的子组件——DHCP服务。正如你所看到的， 如果配置不正确，特别是当你使用了DNSmasq的默认选项将会导致许多痛苦。上面我所推荐的希望能帮助你 了解如何选择具体的DNSmasq选项和如何根据情况调整他们。