OpenStack 部署运维实战
OpenStack 简介
OpenStack 是一个开源的 IaaS 实现，它由一些相互关联的子项目组成，主要包括计算、存储、网络。由于以 Apache 协议发布，自 2010 年项目成立以来，超过 200 个公司加入了 OpenStack 项目，其中包括 AT&T、AMD、Cisco、Dell、IBM、Intel、Red Hat 等。目前参与 OpenStack 项目的开发人员有 17,000+，来自 139 个国家，这一数字还在不断增长中。
OpenStack 兼容一部分 AWS 接口，同时为了提供更强大的功能，也提供 OpenStack 风格的接口（RESTFul API）。和其他开源 IaaS 相比，架构上松耦合、高可扩展、分布式、纯 Python 实现，以及友好活跃的社区使其大受欢迎，每半年一次的开发峰会也吸引了来自全世界的开发者、供应商和客户。
OpenStack 的主要子项目有：
- Compute（Nova）提供计算虚拟化服务，是 OpenStack 的核心，负责管理和创建虚拟机。它被设计成方便扩展，支持多种虚拟化技术，并且可以部署在标准硬件上。
- Object Storage（Swift）提供对象存储服务，是一个分布式，可扩展，多副本的存储系统。
- Block Storage（Cinder），提供块存储服务，为 OpenStack 的虚拟机提供持久的块级存储设备。支持多种存储后端，包括 Ceph，EMC 等。
- Networking（Neutron）提供网络虚拟化服务，是一个可拔插，可扩展，API 驱动的服务。
- Dashboard 提供了一个图形控制台服务，让用户方便地访问，使用和维护 OpenStack 中的资源。
- Image（glance）提供镜像服务，它旨在发现，注册和交付虚拟机磁盘和镜像。支持多种后端。
- Telemetry（Ceilometer）提供用量统计服务，通过它可以方便地实现 OpenStack 计费功能。
- Orchestration（Heat）整合了 OpenStack 中的众多组件，类似 AWS 的 CloudFormation，让用户能够通过模板来管理资源。
- Database（Trove）基于 OpenStack 构建的 database-as-a-service。
网易私有云使用了 Nova、Glance、Keystone、Neutron 这 4 个组件。
网易私有云平台概况
图 1.网易私有云架构
网易私有云平台由网易杭州研究院负责研发，主要提供基础设施资源、数据存储处理、应用开发部署、运维管理等功能以满足公司产品测试/上线的需求。
图 1 展示了网易私有云平台的整体架构。整个私有云平台可分为三大类服务：核心基础设施服务（IaaS）、基础平台服务（PaaS）以及运维管理支撑服务，目前 一共包括了：云主机（虚拟机）、云网络、云硬盘、对象存储、对象缓存、关系型数据库、分布式数据库、全文检索、消息队列、视频转码、负载均衡、容器引擎、 云计费、云监控、管理平台等 15 个服务。网易私有云平台充分利用云计算开源的最新成果，我们基于 OpenStack 社区的 keystone、glance、nova、neutron 组件研发部署了云主机和云网络服务。
为了与网易私有云平台其他服务（云硬盘、 云监控、云计费等）深度整合以及满足公司产品使用和运维管理的特定需求，我们团队在社区 OpenStack 版本的基础上独立研发了包括：云主机资源质量保障（计算、存储、网络 QoS）、镜像分块存储、云主机心跳上报、flat-dhcp 模式下租户内网隔离等 20 多个新功能。同时，我们团队在日常运维 OpenStack 以及升级社区新版本中，也总结了一些部署、运维规范以及升级经验。两年多来，网易私有云平台 OpenStack 团队的研发秉承开源、开放的理念，始终遵循"来源社区，回馈社区"的原则。在免费享受 OpenStack 社区不断研发新功能以及修复 bug 的同时，我们团队也积极向社区做自己的贡献，从而帮助 OpenStack 社区的发展壮大。两年来，我们团队一共向社区提交新功能开发/bug 修复的 commits 近 100 个，修复社区 bug 50 多个，这些社区贡献涉及 OpenStack 的 Essex、Folsom、Havana、Icehouse、Juno 等版本。
得益于 OpenStack 的日益稳定成熟，私有云平台目前已经稳定运行了 2 年多时间，为网易公司多达 30 个互联网和游戏产品提供服务。从应用的效果来看，基于 OpenStack 研发的网易私有云平台已经达到了以下目标：
- 提高了公司基础设施资源利用率，从而降低了硬件成本。以物理服务器 CPU 利用率为例，私有云平台将 CPU 平均利用率从不到 10% 提升到 50%。
- 提高了基础设施资源管理与运维自动化水平，从而降低了运维成本。借助于 Web 自助式的资源申请和分配方式以及云平台自动部署服务，系统运维人员减少了 50%。
- 提高了基础设施资源使用弹性，从而增强了产品业务波动的适应能力。利用虚拟化技术将物理基础设施做成虚拟资源池，通过有效的容量规划以及按需使用，私有云平台可以很好适应产品突发业务。
网易 OpenStack 部署参考方案介绍
在具体的生产环境中，我们为了兼顾性能和可靠性，keystone 后端使用 Mysql 存储用户信息，使用 memcache 存放 token。为了减少对 keystone 的访问压力，所有服务（nova，glance，neutron）的 keystoneclient 均配置使用 memcache 作为 token 的缓存。
由于网易私有云需要部署在多个机房之中，每个机房之间在地理位置上自然隔离，这对上层的应用来说是天然的容灾方法。另外，为了满足私有云的功能和运维需 求，网易私有云需要同时支持两种网络模式：nova-network 和 neutron。针对这些需求，我们提出了一个面向企业级的多区域部署方案，如图 2 所示。从整体上看，多个区域之间的部署相对独立，但可通过内网实现互通，每个区域中包括了一个完整的 OpenStack 部署，所以可以使用独立的镜像服务和独立的网络模式，例如区域 A 使用 nova-network，区域 B 使用 neutron，互不影响，另外为了实现用户的单点登录，区域之间共享了 keystone，区域的划分依据主要是网络模式和地理位置。
图 2.多区域部署方法
和典型 OpenStack 部署将硬件划分为计算节点和控制节点不同的是，为了充分利用硬件资源，我们努力把部署设计成对称的，即任意一个节点下线对整体服务不会照成影响。因此我们 将硬件分为两类：计算节点，控制计算节点。计算节点部署 nova-network，nova-compute，nova-api-metadata，nova-api-os-compute。控制计算节点除了 计算节点的服务外还部署了 nova-scheduler，nova-novncproxy，nova-consoleauth，glance-api，glance- registry 和 keystone，如图 3 所示。
对外提供 API 的服务有 nova-api-os-compute，nova-novncproxy ,glance-api，keystone。这类服务的特点是无状态，可以方便地横向扩展，故此类服务均部署在负载均衡 HAProxy 之后，并且使用 Keepalived 做高可用。为了保证服务质量和便于维护，我们没有使用 nova-api，而是分为 nova-api-os-compute 和 nova-api-metadata 分别管理。外部依赖方面，网易私有云部署了高可用 RabbitMQ 集群和主备 MySQL，以及 memcache 集群。
图 3.计算节点，控制计算节点
网络规划方面，网易私有云主要使用 nova-network 的 FlatDHCPManager+multi-host 网络模式，并划分了多个 Vlan，分别用于虚拟机 fixed-ip 网络、内网浮动 IP 网络、外网网络。
运维上使用网易自主研发的运维平台做监控和报警，功能类似 Nagios，但是更加强大。其中较重要的监控报警包括日志监控和进程监控。日志监控保证服务发生异常时第一时间发现，进程监控保证服务正常运行。另外网易私有云使用 Puppet 做自动部署，以及使用 StackTach 帮助定位 bug。