探索 OpenStack 之（9）：深入块存储服务Cinder （功能篇）

继研究了Neutron之后，继续Nova的外围研究之旅。本站是研究块存储服务Cinder。

0。验证环境

环境包括：

1、一个controller节点，运行nova-api, nova-scheduler, cinder-api, cinder-scheduler, mysql, rabbitmq

2、一个Nova compute节点，运行一个虚机

3、三个cinder volume节点，每个节点使用LVMISCSIDriver来使用本地存储

4. 创建一个volume type，设置 volume_backend_name = lvmbackend

cinder.conf 在 block1上
enabled_backends =  lvmdriver-b1
[lvmdriver-b1]
volume_group = cinder-volumes
volume_driver = cinder.volume.drivers.lvm.LVMISCSIDriver
volume_backend_name = lvmbackend

cinder.conf 在 block2上
enabled_backends = lvmdriver-b21,lvmdriver-b22
storage_availability_zone=az1
[lvmdriver-b21]
iscsi_ip_address = 10.0.1.29
volume_group = cinder-volumes1
volume_driver = cinder.volume.drivers.lvm.LVMISCSIDriver
volume_backend_name = lvmbackend

[lvmdriver-b22]
volume_group = cinder-volumes2
volume_driver = cinder.volume.drivers.lvm.LVMISCSIDriver
volume_backend_name = lvmbackend

cinder.conf 在 block3上
enabled_backends = lvmdrier-network
[lvmdriver-network]
volume_group = system
volume_driver = cinder.volume.drivers.lvm.LVMISCSIDriver
volume_backend_name = lvmbackend

关于几个小问题的说明：

[***] 会定一个一个 backend，下面几行是该backend 的配置。需要启用的backend 需要添加到 enabled_backends 的值中
volume_backend_name 会被 volume type 用到，通过 --property volume_backend_name 属性来设置。
多个backends 中的 volume_backend_name 可以相同。此时 scheduler 会按照指定的调度放在在多个 backend 之内选择一个最合适的。
每个 backend 都会有一个 cinder volume service instance，出现在 cinder service-list 命令的输出中，其 Host 的格式为 <节点名称>@<backend 值>

cinder的service如下：

root@controller:/home/s1# cinder service-list
+------------------+---------------------------+------+---------+-------+----------------------------+-----------------+
|      Binary      |            Host           | Zone |  Status | State |         Updated_at         | Disabled Reason |
+------------------+---------------------------+------+---------+-------+----------------------------+-----------------+
|  cinder-backup   |         controller        | nova | enabled |   up  | 2015-01-11T16:36:00.000000 |       None      |
| cinder-scheduler |         controller        | nova | enabled |   up  | 2015-01-11T16:36:01.000000 |       None      |
|  cinder-volume   |    block1@lvmdriver-b1    | nova | enabled |   up  | 2015-01-11T16:36:08.000000 |       None      |
|  cinder-volume   |    block2@lvmdriver-b21   | az1  | enabled |   up  | 2015-01-11T16:36:06.000000 |       None      |
|  cinder-volume   |    block2@lvmdriver-b22   | az1  | enabled |   up  | 2015-01-11T16:36:05.000000 |       None      |
|  cinder-volume   | network@lvmdriver-network | nova | enabled |   up  | 2015-01-11T16:36:02.000000 |       None      |
+------------------+---------------------------+------+---------+-------+----------------------------+-----------------+

说明:

Cinder为每一个backend运行一个cinder-volume服务
通过在cinder.conf中设置 storage_availability_zone=az1 可以指定cinder-volume host的Zone。用户创建volume的时候可以选择AZ，配合cinder-scheduler的AvailabilityZoneFilter可以将volume创建到指定的AZ中。默认的情况下Zone为nova。
通过在cinder.conf中的backend配置部分设置 iscsi_ip_address = 10.0.1.29 可以指定iSCSI session使用的网卡，从而做到数据网络和管理网络的分离。
搭以上多节点环境，一定要注意各节点之间使用NTP进行时间同步，否则可能出现cinder-volume没有任何错误，但是其状态为down的情况。

1、关于OpenStack块存储

1.1 OpenStack中的存储

1.2 虚机对块存储的要求

1.3 Cinder概述

1.4 Cinder的内部架构

三个主要组成部分
- –cinder-api 组件负责向外提供Cinder REST API
- –cinder-scheduler 组件负责分配存储资源
- –cinder-volume 组件负责封装driver，不同的driver负责控制不同的后端存储
组件之间的RPC靠消息队列（Queue）实现
Cinder的开发工作主要集中在scheduler和driver，以便提供更多的调度算法、更多的功能、以及指出更多的后端存储
Volume元数据和状态保存在Database中

1.5 Cinder的基本功能

1	卷操作	创建卷
2		从已有卷创建卷（克隆）
3		扩展卷
4		删除卷
5	卷-虚机操作	挂载卷到虚机
6	卷-虚机操作	分离虚机卷
7	卷-快照操作	创建卷的快照
8		从已有卷快照创建卷
9		删除快照
10	卷-镜像操作	从镜像创建卷
11	卷-镜像操作	从卷创建镜像

1.6 Cinder 插件

1.6.1 LVMISCSIDriver

上图说明：

cinder-volume 服务部署在控制节点上。该节点上创建了一个 volume group。所谓LVM中的 Local，指的就是 volume group 和 cinder-volume 在同一个节点上，因为 cinder LVM driver 需要调用本地的相关命令来管理 volume group。
每个 nova-compute 计算节点作为 iSCSI Intiator 和存储节点通信。每当 VG 中为一个计算节点的一台虚机分配一个volume 后，在计算节点上就会出现一个 /dev/sdx 设备。此设备会被 qemu-kvm 提供给虚机，作为虚机的一个disk。
一个 cinder-volume 节点上可以有多个 volume group。此时每个 volume group 都有一个 cinder-volume 服务实例。
一个 openstack 环境中可以有多个 cinder-volume 节点。

每个计算节点作为一个iSCSI initiator。比如 Initiator: iqn.1993-08.org.debian:01:8d794081cd6a alias: compute1

root@compute1:/home/s1# cat /etc/iscsi/initiatorname.iscsi
InitiatorName=iqn.1993-08.org.debian:01:8d794081cd6a

每个Lun作为一个iSCSI target：

比如 IQN - iqn.2010-10.org.openstack:volume-3f204086-609e-449f-90a1-3a0d2c92c525

每个initiator和target之间有个tcp session。在compute node上查看iSCSI session：

root@compute1:/home/s1# iscsiadm -m session
tcp: [10] 192.168.1.24:3260,1 iqn.2010-10.org.openstack:volume-5cfc715d-a7b3-47b4-bded-44c0a228360c
tcp: [11] 192.168.1.19:3260,1 iqn.2010-10.org.openstack:volume-4039eb07-90eb-4a92-8fd3-e3514cb4969b
tcp: [14] 192.168.1.29:3260,1 iqn.2010-10.org.openstack:volume-3f204086-609e-449f-90a1-3a0d2c92c525
tcp: [16] 10.0.1.29:3260,1 iqn.2010-10.org.openstack:volume-1b7f6669-06db-474e-bf78-4feea529be5b
tcp: [6] 192.168.1.24:3260,1 iqn.2010-10.org.openstack:volume-39363c5f-cf3c-4461-af83-00314839f05a
tcp: [9] 192.168.1.24:3260,1 iqn.2010-10.org.openstack:volume-a0a7ccb3-8864-4fd0-aee2-0e20d43ba8dd

每个target的详细信息：

tgtadm --lld iscsi --op show --mode target
Target 1: iqn.2010-10.org.openstack:volume-136354c3-5920-46b9-a930-52c055c53295
    System information:
        Driver: iscsi
        State: ready
    I_T nexus information:
        I_T nexus: 2
            Initiator: iqn.1993-08.org.debian:01:8d794081cd6a alias: compute1
            Connection: 0
                IP Address: 192.168.1.15
    LUN information:
        LUN: 0
            Type: controller
            SCSI ID: IET     00010000
            SCSI SN: beaf10
            Size: 0 MB, Block size: 1
            Online: Yes
            Removable media: No
            Prevent removal: No
            Readonly: No
            SWP: No
            Thin-provisioning: No
            Backing store type: null
            Backing store path: None
            Backing store flags:
        LUN: 1
            Type: disk
            SCSI ID: IET     00010001
            SCSI SN: beaf11
            Size: 1074 MB, Block size: 512
            Online: Yes
            Removable media: No
            Prevent removal: No
            Readonly: No
            SWP: No
            Thin-provisioning: No
            Backing store type: rdwr
            Backing store path: /dev/cinder-volumes/volume-136354c3-5920-46b9-a930-52c055c53295
            Backing store flags:
    Account information:
        s6KdhjSUrU2meEyxPTDZ
    ACL information:
        ALL

volume被从虚机分离后，相应的tcp session被删除。

1.6.2 IBM SVC/DS8K/XIV 插件

上图说明：

cinder-volume 通过管理网络和存储的控制器进行通信来管理volume，因此，理论上最少只需要一个 cinder-volume 实例。但是，为了高可用需要，往往会再部署一个备 cinder-volume 服务，并用 Pacemaker 进行控制。当主服务down后，备服务会接管。
以 XIV iSCSI driver （代码在这里）为例说明创建卷的过程
- 该 cinder 通过远程运行SSH 来执行XIV命令来操纵 XIV，比如运行 svctask mkvdisk 命令来创建一个XIV 卷。
- 当为虚机分配一个XIV volume 时 cinder driver 所做的工作：（1）计算计算节点的 host name （2）在 XIV 上为该host 创建一个 virtual host，需要指定HBA卡的WWPN（当采用FC连接时），或者host 的 IQN（当采用 iSCSI 连接时）（4）在XIV 上创建一个 LUN （5）将该LUN mount 给virtual host
- 此时，host 上每个 volume 都会有一个 /dev/sdx 设备
- qemu 将 sdx 设备虚拟化为虚机的一个 disk

1.6.3 LVM插件和Vendor插件的比较

2、 Cinder操作

下面讲讲几个比较有意思的操作。

2.1 tranfer volume：将volume 的拥有权从一个tenant中的用户转移到另一个tenant中的用户。

两步走：

1。在volume所在tenant的用户使用命令 cinder transfer-create 产生tranfer的时候会产生transfer id 和 authkey：

目前的tenant id： os-vol-tenant-attr:tenant_id | 96aacc75dc3a488cb073faa06a34b235

2。在另一个tenant中的用户使用命令cinder transfer-accept 接受transfer的时候，需要输入transfer id 和 auth_key

新的tenant id： os-vol-tenant-attr:tenant_id | 2f07ad0f1beb4b629e42e1113196c04b

其实，对volume来说，就是修改了tenant id （属性：os-vol-tenant-attr:tenant_id ）而已。

2.2 volume migrate：将volume从一个backend迁移到另一个backend

多种可能的情况：

1. 如果volume没有attach到虚机，

1.1 如果是同一个存储上不同backend之间的迁移，需要存储的driver会直接支持存储上的migrate。

1.2 如果是不同存储上的backend之间的volume迁移，或者存储cinder driver不支持同一个存储上backend之间的迁移，那么将使用cinder默认的迁移操作：Cinder首先创建一个新的volume，然后从源volume拷贝数据到新volume，然后将老的volume删除。

2. 如果volume已经被attach到虚机，Cinder创建一个新的volume，调用Nova去将数据从源volume拷贝到新volume，然后将老的volume删除。目前只支持Compute libvirt driver.

注意在多个backend的情况下，host必须使用host全名。比如： cinder migrate vol-b21-1 block2@lvmdriver-b22

2.3 volume backup

OpenStack Juno版本支持将volume备份到 Ceph，Swift，IBM Tivoli Storage Manager (TSM)。

2.4 qos 支持

Cinder提供qos支持框架，具体的实现依赖于各vendor实现的plugin。

以IBM SVC为例，可以按照如下方法使用qos：

（1）创建一个qos spec：

cinder qos-create qos-spec qos:IOThrottling=12345

（2）关联qos spec到一个volume type

cinder qos-associate 0e710a13-3c40-4d50-8522-72bddabd93cc

（3）创建该volume type类型的volume

cinder create 1 --volume-type svc-driver25 --display-name volwit

（4）查看该volume，其被设置了throttling 属性，它限制了该volume上最大的I/O。

SVC Volume: throttling 12345

3 cinder的组件

关于RPC： cinder内部各组件之间使用基于RabbitMQ的RPC通信。cinder-scheduler和cinder-volume分别会创建RPC连接，启动消费者线程，然后等待队列消息。当轮询查询到消息到达后，创建线程处理相关消息。

3.1 cinder-api

主要服务接口, 负责接受和处理外界的API请求，并将请求放入RabbitMQ队列，交由后端执行。

cinder-api提供两个版本的REST API：V1提供Volume，Vloume type，Snapshot操作的API；V2增加了QoS，Limits，Backup操作的API。

除了V1和V2文档列出来的API外，一些volume的操作需要通过POST + action的方式实现，比如extend volume：

POST http://controller:8776/v1/fa2046aaead44a698de8268f94759fc1/volumes/8e87490c-fa18-4cff-b10e-27645c2a7b99/action

Action body: {"os-extend": {"new_size": 2}}

此类操作有：

os-reset_status
os-force_delete
os-force_detach
os-migrate_volume
os-migrate_volume_completion
os-reset_status
os-update_snapshot_status
os-attach
os-detach
os-reserve
os-unreserve
os-begin_detaching
os-roll_detaching
os-initialize_connection
os-terminate_connection
os-volume_upload_image
os-extend
os-update_readonly_flag
os-retype
os-set_bootable
os-promote-replica
os-reenable-replica
os-unmanage

cinder-api service 的启动过程分析见探索 OpenStack 之（11）：cinder-api Service 启动过程分析以及 WSGI / Paste deploy / Router 等介绍 (2015-02-04 16:01)

3.2 cinder-scheduler

cinder-scheduler的用途是在多backend环境中决定新建volume的放置host：

0。首先判断host的状态，只有service状态为up的host才会被考虑。

1。创建volume的时候，根据filter和weight算法选出最优的host来创建volume。

2。迁移volume的时候，根据filter和weight算法来判断目的host是不是符合要求。

如果选出一个host，则使用RPC调用cinder-volume来执行volume操作。

为了维护host的状态，cinder-scheduler接受定时的host上cinder-volume状态上报：

2015-01-12 02:02:56.688 828 DEBUG cinder.scheduler.host_manager [req-403ef666-5551-4f31-a130-7bcad8e9d1ec - - - - -] Received volume service update from block2@lvmdriver-b21: {u'pools': [{u'pool_name': u'lvmbackend', u'QoS_support': False, u'allocated_capacity_gb': 1, u'free_capacity_gb': 3.34, u'location_info': u'LVMVolumeDriver:block2:cinder-volumes1:default:0', u'total_capacity_gb': 5.34, u'reserved_percentage': 0}], u'driver_version': u'2.0.0', u'vendor_name': u'Open Source', u'volume_backend_name': u'lvmbackend', u'storage_protocol': u'iSCSI'} update_service_capabilities /usr/lib/python2.7/dist-packages/cinder/scheduler/host_manager.py:434

3.2.1 Host Filtering 算法

默认的filter包括 AvailabilityZoneFilter,CapacityFilter,CapabilitiesFilter。其中：

AvailabilityZoneFilter会判断cinder host的availability zone是不是与目的az相同。不同则被过滤掉。
CapacityFilter会判断host上的剩余空间 free_capacity_gb 大小，确保free_capacity_gb 大于volume 的大小。不够则被过滤掉。
CapabilitiesFilter会检查host的属性是否和volume type中的extra specs是否完全一致。不一致则被国旅掉。

经过以上Filter的过滤，cinder-scheduler会得到符合条件的host列表，然后进入weighting环节，根据weighting算法选出最优的host。得到空列表则报No valid host was found错误。

cinder.conf中，scheduler_default_filters不设置的话，cinder-scheduler默认会使用这三个filter。

3.2.2 Host Weighting 算法

AllocatedCapacityWeigher：有最小已使用空间的host胜出。可设置allocated_capacity_weight_multiplier为正值来反转，其默认值为-1。
CapacityWeigher：有最大可使用空间的host胜出。可设置capacity_weight_multiplier为负值来反转算法，其默认值为1
ChanceWeigher：随机从过滤出的host中选择一个host

经过此步骤，cinder-scheduler将得到一个weighted_hosts列表，它将会选择第一个host做为volume的目的host，把它加到retry_hosts列表中，然后通过RPC调用上面的cinder-volume来创建volume。

cinder.conf中，scheduler_default_weighers不设置的话，cinder-scheduler默认使用 CapacityWeigher。

3.3 cinder-volume

该服务运行在存储节点上，管理存储空间，处理cinder数据库的维护状态的读写请求，通过消息队列和直接在块存储设备或软件上与其他进程交互。每个存储节点都有一个Volume Service，若干个这样的存储节点联合起来可以构成一个存储资源池。

cinder-volume会实现一些common操作，比如 copy_volume_data，在driver.py里面实现先attach source 和 target volume，然后执行拷贝数据。其它操作则需要调用driver的接口来实现volume的操作。

3.3.1 volume创建失败重试机制

用户可以在cinder.conf中使用scheduler_max_attempts来配置volume创建失败时候的重试次数，默认次数为3，值为1则表示不使用重试机制。

# Maximum number of attempts to schedule an volume (integer value)
#scheduler_max_attempts=3

cinder-sheduler和cinder-volume之间会传递当前是重试次数。如果volume创建失败，cinder-volume会通过RPC重新调用cinder-scheduler去创建volume，cinder-scheduler会检查当前的重试次数是不是超过最大可重试次数。如果没超过，它会选择下一个可以使用的host去重新创建volume。如果在规定的重试次数内仍然无法创建volume，那么会报No valid host was found错误。

比如下面的重试过程：

cinder-volume：

Insufficient free space for volume creation on host network@lvmdriver-network#lvmbackend (requested / avail): 5/0.0
Insufficient free space for volume creation on host block2@lvmdriver-b2#lvmbackend (requested / avail): 5/4.0
Insufficient free space for volume creation on host block1@lvmdriver-b1#lvmbackend (requested / avail): 5/1.0

cinder-scheduler： No valid host was found

3.3.2 从image创建volume

a。volume-driver首先尝试去调用driver的clone_image方法。大多数driver没有实现该方法，比如默认的LVM driver。IBM的GPFS Driver有实现该方法，其实现参考其注释：

Attempt to create a volume by efficiently copying image to volume. If both source and target are backed by gpfs storage and the source image is in raw format move the image to create a volume using either gpfs clone operation or with a file copy. If the image format is not raw, convert it to raw at the volume path.

b。若driver的clone-image方法不成功，则执行Cinder的默认方法：（1）创建一个raw的volume，设置其状态为downloading （2）将image下载并拷贝到该volume。具体方法每个driver可以自行实现，Cinder也提供默认实现。

c。拷贝image的metadata到volume的metadata。

3.3.3 从snapshot创建volume

a。获取snapshot

b。Cinder不提供默认实现方式，它调用各driver的create_volume_from_snapshot方法创建volume。以IBM SVC为例，它会在SVC存储上创建snapshot的一个拷贝。

c。如果snapshot是bootable的话，需要拷贝它的metadata到新的volume上。

3.3.4 从volume创建volume

a。获取源volume

b。Cinder不提供默认实现方式，它需要调用各driver的create_cloned_volume方法来创建volume。以IBM SVC为例，它会在存储上创建源volume的一个拷贝。

c。如果源volume是bootable的话，需要拷贝它的metadata到新的volume上。

3.3.5 创建原始volume

默认的话，cinder-volume会调用各driver创建一个原始的volume。

Cinder的研究基本到这里。

posted on 2015-01-13 10:18 SammyLiu 阅读(58576) 评论(4) 编辑收藏举报