Ironic 深度解析：OpenStack 裸金属服务原理与实践

Ironic 深度解析：OpenStack 裸金属服务原理与实践

定位与职责

Ironic 是 OpenStack 的裸金属服务，让 OpenStack 像管理虚拟机一样管理物理服务器：

  • 通过 PXE/iPXE 网络启动部署操作系统
  • 通过 IPMI/Redfish 控制物理机电源
  • 与 Nova 集成，用户无感知地使用物理机
  • 支持 RAID 配置、BIOS 设置、固件升级
  • 典型场景：高性能计算、AI 训练集群、数据库服务器

架构总览

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用户请求（与 Nova 虚拟机相同的 API）
    │
    ▼
Nova API → Nova Scheduler → Nova Compute（ironic virt driver）
    │
    ▼
ironic-api（REST API）
    │ RPC
    ▼
ironic-conductor（核心引擎）
    │
    ├── IPMI Driver    → 电源控制（开机/关机/重启）
    ├── Redfish Driver → 现代 BMC 接口（替代 IPMI）
    ├── PXE Driver     → 网络启动
    └── iDRAC/iLO Driver → 厂商专有接口

裸金属部署流程

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1. 节点注册（管理员操作）
   ironic node-create → 填写 IPMI 地址、MAC 地址等

2. 节点自检（Introspection）
   ironic-inspector → PXE 启动 → 收集硬件信息（CPU/内存/磁盘）

3. 用户请求裸金属实例
   nova boot --flavor baremetal --image centos8 myserver

4. Nova Scheduler 选择裸金属节点
   （通过 Placement 匹配资源）

5. Ironic 部署流程
   ├── 设置节点为 deploying 状态
   ├── IPMI 开机
   ├── PXE 启动 → 加载 deploy ramdisk
   ├── deploy ramdisk 将镜像写入磁盘（dd/partclone）
   ├── 配置 bootloader（grub）
   ├── IPMI 重启 → 从磁盘启动
   └── 节点变为 active 状态，返回给用户

节点状态机

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enroll（注册）
    │ manage
    ▼
manageable（可管理）
    │ provide
    ▼
available（可用，等待部署）
    │ deploy（Nova 触发）
    ▼
deploying（部署中）
    │
    ▼
active（运行中）
    │ undeploy（Nova 删除实例）
    ▼
wait call-back（等待 ramdisk 回调）
    │
    ▼
available（重新可用）

PXE 启动机制

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物理机上电
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BIOS/UEFI → 网卡 PXE ROM
    │
    ▼
DHCP 请求（广播）
    │
    ▼
ironic-conductor 中的 DHCP（或 Neutron DHCP）
    │ 返回：IP + next-server（TFTP 服务器地址）+ filename（pxelinux.0）
    ▼
TFTP 下载启动文件
    ├── pxelinux.0（BIOS 模式）
    └── grubx64.efi（UEFI 模式）
    │
    ▼
加载 pxelinux.cfg/<mac-address> 配置
    │ 指向 kernel + initrd（deploy ramdisk）
    ▼
启动 deploy ramdisk（内存中运行的小型 Linux）
    │
    ▼
deploy ramdisk 回调 ironic-conductor
    │ 报告：我准备好了，请给我镜像
    ▼
ironic-conductor 通过 HTTP 提供镜像 URL
    │
    ▼
deploy ramdisk 下载镜像并写入磁盘
    │ dd if=image.raw of=/dev/sda bs=4M
    ▼
写入完成，回调 ironic-conductor
    │
    ▼
ironic-conductor 通过 IPMI 重启物理机
    │
    ▼
物理机从磁盘启动，部署完成

驱动体系

电源驱动（Power Driver）

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# ironic/drivers/modules/ipminative.py

class NativeIPMIPower(base.PowerInterface):
    def get_power_state(self, task):
        """获取当前电源状态"""
        return ipmitool.get_power_state(task.node)

    def set_power_state(self, task, power_state, timeout=None):
        """设置电源状态"""
        if power_state == states.POWER_ON:
            ipmitool.power_on(task.node)
        elif power_state == states.POWER_OFF:
            ipmitool.power_off(task.node)
        elif power_state == states.REBOOT:
            ipmitool.power_reset(task.node)

Redfish 驱动（现代 BMC）

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# ironic/drivers/modules/redfish/power.py

class RedfishPower(base.PowerInterface):
    def set_power_state(self, task, power_state, timeout=None):
        system = redfish_utils.get_system(task.node)
        if power_state == states.POWER_ON:
            system.reset_system(sushy.RESET_ON)
        elif power_state == states.POWER_OFF:
            system.reset_system(sushy.RESET_FORCE_OFF)

节点注册与自检

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# 1. 注册裸金属节点
openstack baremetal node create \
  --driver ipmi \
  --driver-info ipmi_address=10.0.0.100 \
  --driver-info ipmi_username=admin \
  --driver-info ipmi_password=secret \
  --driver-info ipmi_port=623 \
  --name server-01

# 2. 注册网卡 MAC 地址
openstack baremetal port create \
  --node <node-uuid> \
  --address aa:bb:cc:dd:ee:ff

# 3. 设置节点资源（手动）
openstack baremetal node set server-01 \
  --property cpus=32 \
  --property memory_mb=131072 \
  --property local_gb=1800 \
  --property cpu_arch=x86_64

# 4. 自动自检（ironic-inspector）
openstack baremetal introspection start server-01
openstack baremetal introspection status server-01

# 5. 使节点可用
openstack baremetal node manage server-01
openstack baremetal node provide server-01

与 Nova 集成

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# nova.conf（计算节点配置）
[DEFAULT]
compute_driver = ironic.IronicDriver

[ironic]
auth_type = password
auth_url = http://keystone:5000/v3
username = nova
password = secret
project_name = service
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# 创建裸金属 Flavor
openstack flavor create baremetal.large \
  --vcpus 32 \
  --ram 131072 \
  --disk 1800 \
  --property resources:CUSTOM_BAREMETAL=1 \
  --property resources:VCPU=0 \
  --property resources:MEMORY_MB=0 \
  --property resources:DISK_GB=0

# 用户像创建虚拟机一样创建裸金属实例
openstack server create \
  --flavor baremetal.large \
  --image centos-8 \
  --key-name mykey \
  --network baremetal-net \
  my-bare-metal-server

RAID 配置

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# 在部署前配置 RAID
openstack baremetal node set server-01 \
  --target-raid-config '{
    "logical_disks": [
      {
        "size_gb": 100,
        "raid_level": "1",
        "is_root_volume": true
      },
      {
        "size_gb": 1600,
        "raid_level": "5",
        "is_root_volume": false
      }
    ]
  }'

生产运维要点

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# 查看节点状态
openstack baremetal node list --long

# 查看部署日志
openstack baremetal node show <node-uuid> | grep last_error

# 手动触发清理（部署前擦除磁盘）
openstack baremetal node clean server-01 \
  --clean-steps '[{"interface": "deploy", "step": "erase_devices"}]'

# 节点维护模式（不参与调度）
openstack baremetal node maintenance set server-01 \
  --reason "硬件维修"

# 强制重置节点状态
openstack baremetal node abort server-01
openstack baremetal node undeploy server-01

源码关键路径

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ironic/
├── api/              # REST API（Pecan + WSME）
├── conductor/
│   ├── manager.py    # 核心逻辑（部署/清理/检查）
│   └── flows/        # TaskFlow 工作流
│       ├── deploy.py # 部署流程
│       └── clean.py  # 清理流程
├── drivers/
│   └── modules/
│       ├── ipminative.py  # IPMI 驱动
│       ├── redfish/       # Redfish 驱动
│       ├── pxe.py         # PXE 启动
│       └── agent.py       # IPA（Ironic Python Agent）
└── common/
    └── states.py     # 状态机定义