諶杰
(武漢郵電科學(xué)研究院 通信與信息系統(tǒng)系,湖北武漢430000)
由于企業(yè)對(duì)云平臺(tái)的興趣越來越濃厚,云平臺(tái)的部署規(guī)模也越來越大,向大型機(jī)房和數(shù)據(jù)中心的規(guī)模發(fā)展[1],手動(dòng)部署龐大的云平臺(tái)系統(tǒng)已經(jīng)變得非常不現(xiàn)實(shí),不但效率低下,還浪費(fèi)大量的人力物力,與云計(jì)算“提高資源利用率”的初衷相違背[2]。而自動(dòng)化部署能夠減少人為的操作錯(cuò)誤,增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,簡(jiǎn)化部署的操作從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的一鍵化部署[3],減輕部署人員和運(yùn)維人員的負(fù)擔(dān),減少部署時(shí)間,提高部署效率。因此云平臺(tái)的自動(dòng)化部署需求已經(jīng)越來越迫切。
云平臺(tái)的部署過程分為安裝服務(wù)器系統(tǒng)和平臺(tái)組件安裝配置兩個(gè)部分。因此,云平臺(tái)自動(dòng)化部署系統(tǒng)需要包含云平臺(tái)部署管理子系統(tǒng)、云平臺(tái)PXE管理子系統(tǒng)以及云平臺(tái)組件安裝子系統(tǒng),另外還需要自動(dòng)化測(cè)試子系統(tǒng)對(duì)平臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)單檢查。
1)云平臺(tái)部署管理子系統(tǒng)作為云平臺(tái)部署管理系統(tǒng)的底層基礎(chǔ),云平臺(tái)部署管理子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)在物理服務(wù)器上安裝ubuntu操作系統(tǒng)以及完成openstack云平臺(tái)環(huán)境的部署。
2)云平臺(tái)PXE管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制在物理服務(wù)器上部署固定的模型中操作系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的流程,同時(shí)處理一些安裝過程中不能或者不方便處理的一些數(shù)據(jù)或信息。
3)云平臺(tái)組件安裝子系統(tǒng)云平臺(tái)組件安裝子系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行安裝操作,完成完整云平臺(tái)的部署。
4)自動(dòng)化測(cè)試子系統(tǒng)主要用于云平臺(tái)安裝完成后的功能檢查,查看各個(gè)服務(wù)狀態(tài)是否符合要求。
如圖1所示,是本次設(shè)計(jì)的云平臺(tái)基本架構(gòu)。雙控制節(jié)點(diǎn)使用主備模式,當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)掛掉以后,啟用另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的資源,從而使業(yè)務(wù)不會(huì)因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的開關(guān)機(jī)或其他原因的故障而受到影響,最大限度的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
圖1 平臺(tái)架構(gòu)
計(jì)算節(jié)點(diǎn)可以采用單節(jié)點(diǎn),也可以采用多節(jié)點(diǎn),或者可以通過后期擴(kuò)容的方式增加計(jì)算節(jié)點(diǎn)。計(jì)算節(jié)點(diǎn)主要使用服務(wù)器的cpu資源進(jìn)行通信和計(jì)算,是openstack平臺(tái)的核心組件。計(jì)算節(jié)點(diǎn)提供nova相關(guān)的很多服務(wù),例如 nova-api、nova-schedule、nova-compute等系列服務(wù),通過和rabbitmq和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信息交互完成計(jì)算功能,提供包括keystone、galnce、nova、cinder等在內(nèi)的各種 openstack平臺(tái)的服務(wù)。
存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)可以單獨(dú)使用節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安裝,也可以和計(jì)算節(jié)點(diǎn)使用相同的服務(wù)器進(jìn)行安裝。存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)可以采用單節(jié)點(diǎn)模式,亦可采用多節(jié)點(diǎn)的集群模式進(jìn)行安裝。存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)主要是使用服務(wù)器的存儲(chǔ)資源,因此可以和compute安裝在同一臺(tái)機(jī)器上。Ceph主要用于創(chuàng)建虛擬機(jī)時(shí)創(chuàng)建云硬盤使用,目前horizon等功能都是基于ceph的,所以ceph節(jié)點(diǎn)是不可或缺的一個(gè)核心節(jié)點(diǎn)。
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)安裝有vlan和vxlan兩個(gè)模式可以選擇,安裝模式也不盡相同。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要建立網(wǎng)絡(luò),包括外部網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。外部網(wǎng)絡(luò)用于使虛擬機(jī)能夠與外網(wǎng)進(jìn)行通信,內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)用于虛擬機(jī)之間進(jìn)行交互通信。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供了網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的服務(wù),使虛擬機(jī)能夠與其他虛擬機(jī)、與外部網(wǎng)絡(luò)通信,從而虛擬機(jī)能像實(shí)體機(jī)一樣實(shí)現(xiàn)相同功能。
數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)需要3個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安裝,主要提供數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的服務(wù)。安裝3個(gè)節(jié)點(diǎn)是為了組件數(shù)據(jù)庫(kù)集群,集群采用主備模式,當(dāng)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)掛掉的時(shí)候,數(shù)據(jù)會(huì)跑到其他數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行處理,因此可以在不影響服務(wù)的情況下進(jìn)行單個(gè)節(jié)點(diǎn)的重啟,有效的避免了因故障或其他原因引起的服務(wù)器掛掉或重啟等異常狀況。數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)上會(huì)安裝mariadb、rabbitmq以及mongodb等服務(wù),這3個(gè)服務(wù)都會(huì)在3臺(tái)服務(wù)器上組成相應(yīng)的集群,都采用主備模式實(shí)現(xiàn)異常狀況的避免,提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
Haproxy節(jié)點(diǎn)[3]是提供平臺(tái)高可用性的節(jié)點(diǎn),提供負(fù)載均衡的功能。Haproxy需要安裝兩個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡,提升平臺(tái)穩(wěn)定性和安全性。
云平臺(tái)部署管理子系統(tǒng)由幾個(gè)配置文件和執(zhí)行腳本文件組成。如圖2所示是云平臺(tái)部署管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2 云平臺(tái)部署管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
配置文件中的信息分為主機(jī)信息配置和openstack組件相關(guān)的配置項(xiàng)配置。配置文件達(dá)到的目的是獲取安裝部署所涉及的所有主機(jī)節(jié)點(diǎn)信息以及配置參數(shù)信息,通過執(zhí)行腳本文件,將所獲取的信息傳遞給組件安裝子系統(tǒng),再由組件安裝子系統(tǒng)處理這些配置信息[4]。
執(zhí)行腳本文件起到一個(gè)接口的作用,通過執(zhí)行相應(yīng)的命令可以使配置文件中的值能夠順利的傳送到組件安裝子系統(tǒng)中去[5]。除此之外,還能通過命令調(diào)用到組件安裝子系統(tǒng)中的執(zhí)行文件,執(zhí)行對(duì)應(yīng)的部署安裝或者配置操作。
在安裝系統(tǒng)時(shí),需要在安裝系統(tǒng)之前對(duì)服務(wù)器磁盤做raid[6];安裝系統(tǒng)時(shí),需要預(yù)先選擇需要安裝的系統(tǒng);安裝完系統(tǒng)后,需要給服務(wù)器定義主機(jī)名和對(duì)應(yīng)的ip以及相關(guān)的ipmi等信息[7]。為了實(shí)現(xiàn)這些操作,在服務(wù)器安裝系統(tǒng)的時(shí)候,默認(rèn)給服務(wù)器安裝一個(gè)最小化的系統(tǒng)minidep,同時(shí)安裝那個(gè)接受并反饋新的腳本來接受和反饋信息。當(dāng)用戶設(shè)定好需要安裝的系統(tǒng)版本、需要設(shè)置的主機(jī)名稱以及ip等信息以后,PXE服務(wù)器通過服務(wù)器服務(wù)編號(hào)找到對(duì)應(yīng)的服務(wù)器,并將用戶設(shè)定好的信息傳遞給安裝在服務(wù)器上的腳本程序接收,程序接收到安裝的系統(tǒng)版本后,向PXE服務(wù)器反饋運(yùn)行狀態(tài)[8],并設(shè)置服務(wù)器安裝對(duì)應(yīng)版本的系統(tǒng),然后重啟當(dāng)前的服務(wù)器。當(dāng)服務(wù)器重啟之后,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)從網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng),即從PXE服務(wù)器上下載對(duì)應(yīng)的設(shè)置好的版本的鏡像,并自動(dòng)安裝[9]。當(dāng)系統(tǒng)安裝好并重啟完成之后,腳本程序會(huì)反饋安裝好后的服務(wù)器的信息,例如dhcp分配的ip等信息,給PXE服務(wù)器,PXE服務(wù)器會(huì)把用戶設(shè)置好的用戶名和ip等信息發(fā)送給腳本程序,腳本程序?qū)⑹盏降挠脩裘癷p等信息更新到服務(wù)器上,然后將服務(wù)器重啟以應(yīng)用這些配置。當(dāng)服務(wù)器再次重啟后,系統(tǒng)將會(huì)被配置成用戶所設(shè)置的主機(jī)名和ip。此時(shí),腳本程序又會(huì)根據(jù)當(dāng)前的服務(wù)器信息將信息反饋會(huì)PXE服務(wù)器,于是用戶可以在系統(tǒng)安裝的網(wǎng)頁(yè)界面上看到所安裝好的服務(wù)器的機(jī)器信息,從而可以輕易地從界面看到機(jī)器系統(tǒng)安裝過程的運(yùn)行狀況。
代碼由hosts、vars、roles、lib 4個(gè)重要的部分組成[10]。其中,hosts目錄下的文件都是包含主機(jī)ip、ssh登錄使用的用戶、密碼的文件。這里的hosts文件就對(duì)應(yīng)到部署管理子系統(tǒng)中的配置文件中的ip信息部分,這里讀取的是deploy.cfg和ceph.cfg中的ip信息。vars目錄下的文件是根據(jù)需求填寫的一些變量,這些都可以根據(jù)實(shí)際需求變更的。roles目錄下的文件都是ansible需要執(zhí)行的操作,可以把所有的操作按順序列舉出來,讓ansible通過ssh登錄到各個(gè)機(jī)器上,同時(shí)對(duì)這些機(jī)器進(jìn)行相應(yīng)的操作,從而到達(dá)大規(guī)模大量部署平臺(tái)內(nèi)的服務(wù)器的目的。lib文件下有一個(gè)template目錄用來存放配置文件模板。配置文件模板里會(huì)有一些變量,ansible運(yùn)行時(shí),會(huì)將這些配置文件模板文件拷貝到對(duì)應(yīng)的機(jī)器上,這些文件里的變量在ansible運(yùn)行的時(shí)候會(huì)直接從vars目錄下的文件夾中讀取數(shù)據(jù),然后寫到對(duì)應(yīng)的文件中,對(duì)配置文件進(jìn)行修改,從而達(dá)到修改配置的目的。
自動(dòng)化測(cè)試腳本用于檢測(cè)部署好的openstack平臺(tái)是否實(shí)現(xiàn)了應(yīng)有的功能,是否能夠正常運(yùn)行。當(dāng)opentsack平臺(tái)部署完成之后,需要在控制節(jié)點(diǎn)上導(dǎo)入環(huán)境變量,并輸入命令查看服務(wù),通過輸出判斷服務(wù)是否運(yùn)行正常。一般來說,對(duì)于openstack平臺(tái),需要檢查比較重要的服務(wù)有計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、消息隊(duì)列以及數(shù)據(jù)庫(kù)等[11]。
自動(dòng)化測(cè)試腳本需要完成執(zhí)行命令并檢查對(duì)應(yīng)需要檢查的關(guān)鍵項(xiàng)目,通過檢查關(guān)鍵項(xiàng)的輸出值是否為正常值來判斷部署完成的系統(tǒng)中的服務(wù)是否運(yùn)行正常。比如對(duì)于nova的檢查來說,需要先編寫環(huán)境變量文件,根據(jù)用戶輸入的信息填寫環(huán)境變量文件中的參數(shù),再通過ssh登錄到控制節(jié)點(diǎn)的服務(wù)器上導(dǎo)入環(huán)境變量,然后在控制節(jié)點(diǎn)機(jī)器上輸入nova service-list查看nova相關(guān)的服務(wù)是否運(yùn)行正常,待結(jié)果輸出以后,再查看結(jié)果中是否出現(xiàn)down的字樣以此判斷nova的服務(wù)是否都開啟并且運(yùn)行正常。其他服務(wù)的檢查過程也與此相類似。
以nova的檢查為例,如圖3所示,需要先執(zhí)行source admin-openrc.sh導(dǎo)入環(huán)境變量[12]。導(dǎo)入環(huán)境變量后,執(zhí)行nova service-list檢查nova的狀態(tài)是否正確,如果正確,則輸出結(jié)果正確;如果不正確,則提示nova狀態(tài)不正常,并且提取出報(bào)錯(cuò)信息以便檢查。
圖3 nova測(cè)試流程圖
自動(dòng)化測(cè)試代碼使用shell腳本編寫,將命令按順序?qū)懭肽_本,通過判斷對(duì)比檢驗(yàn)服務(wù)是否運(yùn)行正常,由此輸出判斷結(jié)果,從而給用戶提供輸出結(jié)果。
代碼主要使用shell腳本編寫,通過shell腳本,可以輕松地處理執(zhí)行命令等相關(guān)的操作[13],達(dá)到完成自動(dòng)化測(cè)試的目的。
云平臺(tái)自動(dòng)化部署系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)上由云平臺(tái)部署管理子系統(tǒng)、云平臺(tái)PXE管理子系統(tǒng)和云平臺(tái)組件安裝子系統(tǒng)以及自動(dòng)化測(cè)試子系統(tǒng)組成。云平臺(tái)自動(dòng)化部署系統(tǒng)的目錄構(gòu)成如圖4所示。
如圖4,fitpxe是云平臺(tái)PXE管理子系統(tǒng),該目錄下是自動(dòng)化系統(tǒng)安裝的配置文件以及執(zhí)行代碼。openstack-deploy目錄是云平臺(tái)自動(dòng)化部署部分,分為云平臺(tái)部署管理子系統(tǒng)和云平臺(tái)組件安裝子系統(tǒng)兩個(gè)部分,其中api子目錄為云平臺(tái)部署管理子系統(tǒng),playbooks子目錄是云平臺(tái)組件安裝子系統(tǒng)。playbooks下面的vars目錄是變量參數(shù)目錄,其中包含所有的變量參數(shù),hosts目錄是主機(jī)節(jié)點(diǎn)信息目錄。test目錄是自動(dòng)化測(cè)試子系統(tǒng)。
圖4 云平臺(tái)自動(dòng)化部署系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)
配置文件的實(shí)現(xiàn)是cfg格式的配置文件,實(shí)質(zhì)上,配置文件等同于列表。例如,圖5所示是ceph.cfg的配置文件,該配置文件包含ceph的配置項(xiàng)信息。例如ceph_hosts表示安裝ceph節(jié)點(diǎn)的機(jī)器ip信息,除此之外還包含ceph相關(guān)的配置信息,如public_network項(xiàng)表示ceph_public網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)段,這項(xiàng)配置會(huì)寫入ceph的配置文件中去。
圖5 ceph配置文件
執(zhí)行文件實(shí)際上是以py結(jié)尾的python文件,由python所編寫。執(zhí)行文件使用python編寫函數(shù)獲取cfg配置文件中的信息,并將這些信息寫入到云平臺(tái)組件安裝子系統(tǒng)中的相應(yīng)位置,比如將ip信息寫入hosts文件之中,將配置信息寫入到變量文件之中去。除此之外,執(zhí)行文件還完成了調(diào)用云平臺(tái)組件安裝子系統(tǒng)的命令的功能。在python代碼中設(shè)置命令參數(shù),使得命令參數(shù)與云平臺(tái)組件安裝子系統(tǒng)中的命令一一對(duì)應(yīng),即可以以輸入python命令的形式,達(dá)到云平臺(tái)組件安裝子系統(tǒng)中安裝部署操作的目的。
云平臺(tái)PXE管理子系統(tǒng)采用python與shell相結(jié)合的方式。利用shell能夠較好地執(zhí)行系統(tǒng)層面的命令進(jìn)行raid制作等操作[14]。利用python可以函數(shù)編寫和調(diào)用的功能,編寫配置信息修改部分代碼。如圖6所示是hostname信息修改部分的代碼。通過讀取主機(jī)id、角色等信息,判斷是否符合要求,然后做出信息變更操作。
圖6 hostname修改代碼
組件安裝部分使用ansible的playbook模塊進(jìn)行部署。主要代碼結(jié)構(gòu)包含 hosts、vars、roles、lib 四個(gè)部分。除此之外,還有執(zhí)行調(diào)用功能的yml文件[15]。例如,ntp的調(diào)用安裝文件如圖7所示。
圖7 安裝ntp代碼
這個(gè)文件的前一段調(diào)用了hosts目錄下的ntp_server文件中的hosts信息,結(jié)合vars目錄下的ntp.yml配置文件,在執(zhí)行roles目錄下ntp_server子目錄中文件定義的操作,就可以完成ntp的服務(wù)器端的安裝。相似的,文件后半段調(diào)用了hosts目錄下的ntp_client文件中的hosts信息,結(jié)合vars目錄下的ntp.yml配置文件,在執(zhí)行roles目錄下ntp_server子目錄中文件定義的操作,就可以完成ntp的客戶端的安裝。
自動(dòng)化測(cè)試子系統(tǒng)主要使用shell腳本編寫。通過在shell腳本中執(zhí)行所需要的系統(tǒng)操作命令,實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的目的。如圖8所示是自動(dòng)化測(cè)試的配置文件。
圖8 自動(dòng)化測(cè)試配置文件
分別填寫 controller的 ip,ceph的 ip,datapool的ip,test文件的路徑,dbcluster的節(jié)點(diǎn)數(shù),就可以把這些參數(shù)導(dǎo)入,然后就能執(zhí)行相應(yīng)命令查看測(cè)試結(jié)果了。其中,bash test.sh help可以查看幫助信息。
圖9 測(cè)試幫助項(xiàng)
如圖9所示,要運(yùn)行對(duì)應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)目,只需輸入對(duì)應(yīng)選項(xiàng)即可。
測(cè)試需要由測(cè)試人員搭建自動(dòng)化部署系統(tǒng)。首先創(chuàng)建一臺(tái)用于安裝自動(dòng)化部署系統(tǒng)的虛擬機(jī),并在這臺(tái)機(jī)器上面安裝好自動(dòng)化部署系統(tǒng)。然后使用PXE管理子系統(tǒng)給物理服務(wù)器安裝好系統(tǒng)[16],并檢查系統(tǒng)是否安裝無誤。然后再修改系統(tǒng)配置參數(shù),并重啟服務(wù)器。此后,還需要通過自動(dòng)化安裝子系統(tǒng)進(jìn)行云平臺(tái)的安裝和部署。待部署完成后使用自動(dòng)化測(cè)試子系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的平臺(tái)基本功能測(cè)試[17]。結(jié)果如圖10所示。
圖10 基礎(chǔ)測(cè)試結(jié)果
除此之外,還需要對(duì)平臺(tái)功能進(jìn)行驗(yàn)證,即驗(yàn)證廳是否能夠創(chuàng)建虛擬機(jī)。如圖11所示。
圖11 創(chuàng)建虛擬機(jī)結(jié)果
經(jīng)過測(cè)試,以前需要一周甚至更長(zhǎng)時(shí)間的部署過程,由于自動(dòng)化部署,大大減少了部署的時(shí)長(zhǎng),自動(dòng)化部署可以在兩天之內(nèi)完成全部的部署工作。
本文重點(diǎn)研究了openstack相關(guān)組件架構(gòu)設(shè)計(jì)、各個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì),結(jié)合自動(dòng)化配置管理框架ansible的模塊化設(shè)計(jì)思想,并且基于ansible、使用python和shell語言設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模Openstack平臺(tái)的自動(dòng)化部署。這套部署工具既可以作為部署openstack云平臺(tái)的部署管理工具,也可以向運(yùn)維人員提供部署管理系統(tǒng),面向大規(guī)模的openstack平臺(tái)部署表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性和優(yōu)秀的性能。本文的主要研究工作如下所示:
1)分析和設(shè)計(jì)了云平臺(tái)自動(dòng)化部署系統(tǒng)。重點(diǎn)研究了openstack平臺(tái)的自動(dòng)化部署,分別對(duì)云平臺(tái)部署管理子系統(tǒng)、云平臺(tái)PXE管理子系統(tǒng)、云平臺(tái)組件安裝子系統(tǒng)以及自動(dòng)化測(cè)試子系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。
2)講解了如何實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)自動(dòng)化部署系統(tǒng)。通過整體的代碼結(jié)構(gòu)和各個(gè)部分的代碼,對(duì)云平臺(tái)自動(dòng)化部署系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)說明。
3)分析了測(cè)試結(jié)果。云平臺(tái)自動(dòng)化部署系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)云平臺(tái)的自動(dòng)化部署任務(wù),大大降低了部署的工作量,節(jié)省了部署的時(shí)間。
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