OpenStack 生态全景：核心组件系统性梳理

OpenStack 生态全景：核心组件系统性梳理

什么是 OpenStack

OpenStack 是一套开源的云计算基础设施软件，提供 IaaS（基础设施即服务）能力。它不是一个单体应用，而是由一组松耦合的服务组件构成，每个组件负责一个特定的资源域，通过 REST API 和消息队列协作。

核心理念：一切皆资源，一切皆 API。

组件全景图

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│                        用户 / 运维人员                            │
└──────────────────────────┬──────────────────────────────────────┘
                           │ REST API / CLI / SDK
┌──────────────────────────▼──────────────────────────────────────┐
│                    Horizon（Dashboard）                           │
│                      Web 管理控制台                               │
└──────────────────────────┬──────────────────────────────────────┘
                           │
┌──────────────────────────▼──────────────────────────────────────┐
│                   Keystone（认证服务）                             │
│              统一身份认证 / Token / RBAC / Catalog                │
└────┬──────────┬──────────┬──────────┬──────────┬────────────────┘
     │          │          │          │          │
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│  Nova  │ │Neutron │ │Cinder  │ │ Glance │ │     Swift      │
│ 计算   │ │ 网络   │ │ 块存储 │ │ 镜像   │ │   对象存储     │
└────┬───┘ └───┬────┘ └───┬────┘ └────────┘ └────────────────┘
     │         │          │
┌────▼─────────▼──────────▼──────────────────────────────────────┐
│                    Placement（资源追踪）                           │
│              资源提供者 / 资源类 / 分配记录                        │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
     │
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│                    Heat（编排服务）                               │
│              基础设施即代码 / 模板驱动的资源编排                   │
└────────────────────────────────────────────────────────────────┘
     │
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│                 Ceilometer / Aodh（监控告警）                     │
│              指标采集 / 事件驱动 / 告警触发                        │
└────────────────────────────────────────────────────────────────┘
     │
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│                    Ironic（裸金属服务）                            │
│              物理机纳管 / PXE 启动 / 裸金属部署                    │
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核心组件一览表

组件 代号 职责 核心进程
Keystone 认证服务 身份认证、授权、服务目录 keystone-api
Nova 计算服务 虚拟机生命周期管理 nova-api, nova-compute, nova-conductor, nova-scheduler
Neutron 网络服务 SDN 网络、子网、路由、安全组 neutron-server, neutron-agent
Cinder 块存储服务 云硬盘创建、挂载、快照 cinder-api, cinder-volume, cinder-scheduler
Glance 镜像服务 虚拟机镜像存储与分发 glance-api
Swift 对象存储 海量非结构化数据存储 swift-proxy, swift-object
Placement 资源追踪 计算资源库存与分配追踪 placement-api
Heat 编排服务 基础设施模板化编排 heat-api, heat-engine
Ceilometer 监控服务 指标采集与计量 ceilometer-agent
Ironic 裸金属服务 物理机纳管与部署 ironic-api, ironic-conductor
Horizon 控制台 Web 管理界面 Django WSGI

组件间通信模式

OpenStack 组件间有两种主要通信方式：

1. REST API（同步）

  • 跨组件调用，如 Nova 调用 Neutron 创建网络端口
  • 通过 Keystone Token 鉴权
  • 使用 keystoneauth1 库封装

2. RPC over AMQP（异步）

  • 同一组件内部进程间通信，如 nova-api → nova-conductor → nova-compute
  • 基于 oslo.messaging 库
  • 默认使用 RabbitMQ 作为消息中间件
  • 支持 call（同步等待响应）和 cast（异步不等待）
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# nova 内部 RPC 调用示例
# nova/compute/rpcapi.py
def build_and_run_instance(self, ctxt, instance, ...):
    # cast = 异步，不等返回值
    cctxt.cast(ctxt, 'build_and_run_instance', ...)

一次创建虚拟机的完整调用链

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用户 POST /servers
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nova-api（参数校验、配额检查）
    │ RPC call
    ▼
nova-conductor（数据库操作代理）
    │ RPC call
    ▼
nova-scheduler（选择宿主机：FilterScheduler）
    │ RPC cast
    ▼
nova-compute（目标宿主机）
    ├── 调用 Glance API 下载镜像
    ├── 调用 Neutron API 创建网络端口
    ├── 调用 Cinder API 创建/挂载卷（可选）
    ├── 调用 Placement API 分配资源
    └── 调用 libvirt 创建虚拟机

数据库架构

每个组件维护自己独立的数据库（通常是 MySQL/MariaDB）：

组件 数据库名 核心表
Keystone keystone user, project, role, token
Nova nova, nova_api, nova_cell0 instances, block_device_mapping, migrations
Neutron neutron networks, subnets, ports, routers
Cinder cinder volumes, snapshots, backups
Glance glance images, image_properties
Placement placement resource_providers, inventories, allocations

Nova 从 Queens 版本开始引入 Cell v2 架构，数据库拆分为 nova_api（全局）和 nova_cellX（每个 Cell 独立）。

版本演进关键节点

版本 时间 重要变化
Kilo 2015 Nova 引入 Cells v1
Newton 2016 Neutron DVR 成熟
Ocata 2017 Placement API 从 Nova 独立
Queens 2018 Nova Cells v2 正式落地
Rocky 2018 Nova 支持 live migration with NUMA
Train 2019 Ironic 支持 BIOS 配置
Yoga 2022 全面支持 Python 3.9+
Caracal 2024 当前最新稳定版

学习路径建议

  1. 先 Keystone — 理解认证体系，所有组件都依赖它
  2. 再 Nova — 最核心，理解虚拟机完整生命周期
  3. 然后 Neutron — 网络是最复杂的部分，SDN 概念多
  4. 接着 Cinder + Glance — 存储体系
  5. 最后 Placement + Heat — 资源调度与编排

后续每篇文章将深入解析每个组件的架构、源码关键路径和二次开发要点。