OpenStack Nova启动实例流程
1、概述
启动一个新的实例，会涉及到OpenStack Nova中的多个组件：
API服务器，接收用户端的请求，并且将其传递给云控制器。
云控制器，处理计算节点、网络控制器、API服务器和调度器之前的通信。
调度器，选择一个执行命令的主机。
计算节点，管理计算实例：启动/终止实例，添加/删除卷…
网络控制器，管理网络资源：分配固定IP地址，配置VLAN
启动一个实例的流程如下：API服务器收到用户的run_instance命令，API服务器将消息传递给云控制器(1)；对用户进行身份验证；云控制器将消息转发到调度器(2)；调度器将消息扔给一个随机的一个主机，并通知它启动一个新实例(3)；主机上的计算服务接收该消息；计算服务启动实例需要一个固定的IP，所以发送消息给网络控制器(5,6,7,8)；之后，计算服务生产出一个新的实例。
2、API
可以使用OpenStack API或者EC2 API来启动新的实例。下面以EC2 API为例。添加一个新的key pair，并使用它启动一个新的m1.tiny类型的实例：
cd /tmp/ euca-add-keypair test > test.pem euca-run-instances -k test -t m1.tiny ami-tiny
调用文件api/ec2/cloud.py中的run_instances()函数，在该函数中会调用文件compute/API.py中的compute API的create函数：
def run_instances(self, context, **kwargs):
...
instances = self.compute_api.create(context,
instance_type=instance_types.get_by_type(
kwargs.get('instance_type', None)),
image_id=kwargs['image_id'],
...
compute API create函数流程如下：
检查此种类型的实例数是否已经达到最大值；
如果不存在安全组，则创建一个；
为新的实例创建MAC地址和主机名；
发送消息给调度器以运行实例。
3、消息投递
发送消息给调度器，在OpenStack中，这种类型的消息传递定义为RPC投递，使用RabbitMQ进行传递。消息生产者(API)发送消息到一个topic exchange(scheduler topic)。消费者(调度器)从队列中接收消息。因为是消息投递，所以无需响应消息。
下面是消息投递的代码：
LOG.debug(_("Casting to scheduler for %(pid)s/%(uid)s's"
" instance %(instance_id)s") % locals())
rpc.cast(context,
FLAGS.scheduler_topic,
{"method": "run_instance",
"args": {"topic": FLAGS.compute_topic,
"instance_id": instance_id,
"availability_zone": availability_zone}})
可见在消息投递时使用了scheduler topic，并且希望调度器在发送消息时，使用compute topic。
4、调度器
调度器接收消息，并且发”run_instance”消息给随机的主机。这里使用的是chance 调度器。还有其他类型的调度器，比如zone调度器（在一个特定的可用区域内随机选择主机）、简单调度器（选择最小负载的主机）。现在主机已经选择好了，接下来就是发送消息给该主机的计算服务了。
rpc.cast(context,
db.queue_get_for(context, topic, host),
{"method": method,
"args": kwargs})
LOG.debug(_("Casting to %(topic)s %(host)s for %(method)s") % locals())
5、计算节点
计算节点接收消息，然后调用compute/manager.py中的run_instance方法：
def run_instance(self, context, instance_id, **_kwargs): """Launch a new instance with specified options.""" ...
run_instance()的流程如下：
检查实例是否已经运行；
分配固定的ip低值；
设置一个VLAN或者桥；
使用virtualization driver产生一个实例。
6、调用网络控制器
在分配固定IP时，会用到RPC调用。RPC调用不同于RPC投递，它使用topic.hostexchange，表明它的目的地为特定主机，而且RPC调用需要响应。
7、产生实例
下面就是由virtualization driver执行产生实例的过程。以libvirt为例，代码在virt/libvirt_conn.py中。
启动实例的第一件事就是创建libvirt xml。方法to_xml用来生成xml的内容。下面是我们实例的XML文件：
<domain type='qemu'>
<name>instance-00000001</name>
<memory>524288</memory>
<os>
<type>hvm</type>
<kernel>/opt/novascript/trunk/nova/..//instances/instance-00000001/kernel</kernel>
<cmdline>root=/dev/vda console=ttyS0</cmdline>
<initrd>/opt/novascript/trunk/nova/..//instances/instance-00000001/ramdisk</initrd>
</os>
<features>
<acpi/>
</features>
<vcpu>1</vcpu>
<devices>
<disk type='file'>
<driver type='qcow2'/>
<source file='/opt/novascript/trunk/nova/..//instances/instance-00000001/disk'/>
<target dev='vda' bus='virtio'/>
</disk>
<interface type='bridge'>
<source bridge='br100'/>
<mac address='02:16:3e:17:35:39'/>
<!-- <model type='virtio'/> CANT RUN virtio network right now -->
<filterref filter="nova-instance-instance-00000001">
<parameter name="IP" value="10.0.0.3" />
<parameter name="DHCPSERVER" value="10.0.0.1" />
<parameter name="RASERVER" value="fe80::1031:39ff:fe04:58f5/64" />
<parameter name="PROJNET" value="10.0.0.0" />
<parameter name="PROJMASK" value="255.255.255.224" />
<parameter name="PROJNETV6" value="fd00::" />
<parameter name="PROJMASKV6" value="64" />
</filterref>
</interface>
<!-- The order is significant here. File must be defined first -->
<serial type="file">
<source path='/opt/novascript/trunk/nova/..//instances/instance-00000001/console.log'/>
<target port='1'/>
</serial>
<console type='pty' tty='/dev/pts/2'>
<source path='/dev/pts/2'/>
<target port='0'/>
</console>
<serial type='pty'>
<source path='/dev/pts/2'/>
<target port='0'/>
</serial>
</devices>
</domain>
使用的虚机管理程序为qemu，客户机的内存为524字节，客户端OS从存储于主机OS中的内核和initrd启动。
分配各客户机的虚拟CPU个数为1. 电源管理中使能了ACPI。还定义了多个设备：
磁盘镜像为主机OS上的一个文件，使用qcow2驱动器，qcow2是一种qemu磁盘镜像的写时复制格式；
网络接口是客户机可见的桥，定义了一系列网络过滤器参数，比如IP地址10.0.0.3意味着始终使用该地址作为源IP地址；
日志文件，所有发送给字符设备的数据全部写入console.log中；
伪终端，virsh控制台可用于连接本地串口。
接下来是网络过滤器的配置。默认使用的防火墙driver是iptables。规则由IptablesFirewallDriver类的apply_ruleset方法定义。下面是本实例的防火墙规则：
*filter ... :nova-ipv4-fallback - [0:0] :nova-local - [0:0] :nova-inst-1 - [0:0] :nova-sg-1 - [0:0] -A nova-ipv4-fallback -j DROP -A FORWARD -j nova-local -A nova-local -d 10.0.0.3 -j nova-inst-1 -A nova-inst-1 -m state --state INVALID -j DROP -A nova-inst-1 -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT -A nova-inst-1 -j nova-sg-1 -A nova-inst-1 -s 10.1.3.254 -p udp --sport 67 --dport 68 -A nova-inst-1 -j nova-ipv4-fallback -A nova-sg-1 -p tcp -s 10.0.0.0/27 -m multiport --dports 1:65535 -j ACCEPT -A nova-sg-1 -p udp -s 10.0.0.0/27 -m multiport --dports 1:65535 -j ACCEPT -A nova-sg-1 -p icmp -s 10.0.0.0/27 -m icmp --icmp-type 1/65535 -j ACCEPT COMMIT
定义了防火墙规则之后，就是创建镜像，由方法_create_image()处理：
def _create_image(self, inst, libvirt_xml, suffix='', disk_images=None): ...
在该方法中，会根据上面的XML创建libvirt.xml；复制虚拟机管理程序要使用的randisk、initrd和磁盘镜像；如果使用flat网络管理器，则会将一个网络配置植入到客户端的OS镜像中。本例中使用VLAN管理器。
实例的SSH key植入到镜像中，本过程是调用disk.inject_data方法：
disk.inject_data(basepath('disk'), key, net,
partition=target_partition,
nbd=FLAGS.use_cow_images)
basepath('disk')表示实例的磁盘镜像在主机OS中的位置，key是SSH key字符串，在我们的例子中不设置网络，因为不需要植入网络配置。因为使用的是内核镜像，所以没有分区，否则的话会使用分区的磁盘镜像。在inject_data内部：
第一件事就是链接镜像到一个设备，这发生在_link_device中：
device = _allocate_device()
utils.execute('sudo qemu-nbd -c %s %s' % (device, image))
# NOTE(vish): this forks into another process, so give it a chance
# to set up before continuuing
for i in xrange(10):
if os.path.exists("/sys/block/%s/pid" % os.path.basename(device)):
return device
time.sleep(1)
raise exception.Error(_('nbd device %s did not show up') % device)
_allocate_device()返回下一个可用的ndb设备：/dev/ndbx，其中x在0到15之间。qemu-nbd是一个QEMU磁盘网络块设备服务器。一旦该过程返回，则得到了设备，比如/dev/ndb0.
对该设备禁用文件系统检查，这里的mapped_device是”/dev/ndb0”。
out, err = utils.execute('sudo tune2fs -c 0 -i 0 %s' % mapped_device)将该文件系统挂载到临时目录，并将SSH KEY添加到authorized_keys文件中。
sshdir = os.path.join(fs, 'root', '.ssh')
utils.execute('sudo mkdir -p %s' % sshdir) # existing dir doesn't matter
utils.execute('sudo chown root %s' % sshdir)
utils.execute('sudo chmod 700 %s' % sshdir)
keyfile = os.path.join(sshdir, 'authorized_keys')
utils.execute('sudo tee -a %s' % keyfile, '\n' + key.strip() + '\n')
上面的代码中，fs就是临时目录。
最后，unmount文件系统，删除设备。这就结束了镜像的创建和安装。
在虚拟机化驱动器中的spawn方法中的下一步就是使用驱动器的createXML()加载实例，然后就是应用防火墙规则。
原文：http://www.laurentluce.com/posts/openstack-nova-internals-of-instance-launching/
