模块6 OpenStack块存储服务（Cinder）v1.0

OpenStack块存储服务（Cinder）知识目标学习OpenStack块存储服务，需要掌握以下相关知识。OpenStack中的存储类型。Cinder的架构和工作原理。OpenStack块存储管理能够用命令行方式创建、查看、删除卷和快照。能够用WebUI方式创建、扩展、删除卷和为卷创建快照。能够用WebUl方式完成从卷创建实例、为实例连接新卷和分离卷。技能目标目录01OpenStack中的存储类型02Cindr的架构03Cindr的工作原理04OpenStack块存储管理情景引入随着业务增长，优速网络公司面临数据存储需求激增的问题。公司数据中心支持关键业务，但传统存储方案无法满足需求。技术部小张建议使用OpenStack的Cinder构建私有云存储架构，以提供高效、可靠的存储解决方案。小张创建了基于不同后端的多个存储池，按需分配给各部门，并通过Cinder的快照功能实现数据备份与恢复，同时利用卷扩展功能确保存储容量的灵活性。采用Cinder后，公司建立了一个高效、可扩展的存储架构，增强了业务连续性和数据安全，支持了数字化转型。01OpenStack中的存储类型OpenStack存储类型临时存储

EphemeralStorage临时存储是指数据被虚拟机使用，一旦虚拟机关机、重启或删除，则所有数据信息全部丢失。仅部署Nova时，创建虚拟机使用的就是临时存储；默认情况下，临时存储以文件形式放置在计算节点本地磁盘中。持久存储

Persistent

Storage持久存储意味着存储资源始终可用保证数据安全性，虚拟机生命周期的变化不会影响持久化存储设备上的数据。OpenStack持久化存储包括：块存储Cinder、对象存储Swift、共享文件系统Manila。OpenStack持久存储块存储CinderCinder是OpenStack块存储服务，用于为Nova虚拟机、Ironic裸金属主机、容器等提供卷。对象存储SwiftSwift是一个高度可用的、分布式的、最终一致的对象存储，能够高效、安全、廉价地存储大量数据。共享文件系统ManilaManila是OpenStack共享文件系统服务，提供了对共享或分布式文件系统的协调访问。02Cindr的架构Cinder简介OpenStack块存储服务Cinder是OpenStack的一个核心组件，用于提供持久化的块存储服务。它允许用户创建和管理持久性的块存储设备，这些设备可以被挂载到OpenStack实例上，为虚拟机和容器提供持久性的存储。Cinder的主要特点包括可扩展性、持久性和多后端支持。Cinder允许用户创建多种类型的存储卷，这些存储卷类型可以具有不同的性能和存储策略，以满足不同应用程序的需求。它还支持对存储卷进行快照、备份和恢复操作，以及对存储卷进行扩展和收缩。Cinder提供了丰富的API和插件机制，可以与各种存储后端集成，包括Ceph、NFS和iSCSI等。这使得Cinder可以适应不同的存储需求，并提供灵活的存储解决方案。Cinder架构Cinder的架构主要包含以下组成部分:客户端（CinderClient）、SQL数据库（SQLDB）、消息队列（MessageQueue）、接口模块（Cinder-API）、卷管理模块（Cinder-Volume）、卷调度模块（Cinder-Scheduler）和卷备份模块（Cinder-Backup）。Cinder组件功能实现对Cinder提供的RESTAPI接口的封装，以命令行界面（CLI）的形式提供给用户使用。客户端（CinderClient）01Cinder各个子服务通过消息队列实现进程间通信和相互协作。消息队列（MessageQueue）03接收API请求，调用Cinder-Volume执行操作。接口模块（Cinder-API）04负责收集存储后端上报的容量和能力信息。卷调度模块（Cinder-Scheduler）05负责管理和提供块存储卷。卷管理模块（Cinder-Volume）0602提供存储卷、快照和备份等数据，兼容Mysql和MicrosoftSQL等SQL数据库。数据库（SQLDB）为块存储卷（Volume）提供备份服务。卷备份模块（Cinder-Backup）0703Cindr的工作原理Cinder-Scheduler过滤过程通过过滤器（Filter）选择满足条件的存储节点。常用的Filter有可用区域过滤器（AvailabilityZoneFilter）、容量过滤器（CapacityFilter）和特性过滤器（CapabilitiesFilter）。为提高容灾性和提供隔离服务，可以将存储节点和计算节点划分到不同的区域中。在创建卷的过程中，用户能够明确指定该卷所属的可用区域。Cinder-Scheduler在做过滤时，会使用可用区域过滤器将不属于指定区域的存储节点过滤掉。创建卷时，用户会指定卷的大小，以确保其能满足应用或数据存储的容量需求。Cinder-Scheduler在做过滤时，会使用容量过滤器将存储空间中不能满足卷创建需求的存储节点过滤掉。此外Cinder还允许用户创建卷时通过卷类型指定需要的存储特性。特性过滤器的作用是将不满足指定特性的存储节点过滤掉。Cinder-Scheduler权重计算在Cinder的调度流程中，经过过滤步骤后，会进行权重计算以选择最优的存储节点。常用的称重器（Weigher）有容量权重器（CapacityWeigher）和卷数量权重器（VolumeNumberWeigher）。容量权重器基于存储节点的空闲容量计算权重值，空闲最多的胜出。卷数量权重器侧重于平衡不同存储后端的云盘数量。它通过计算每个Cinder-Volume节点上当前管理的云盘数量，并将新的云盘生命周期请求调度到云盘数量较少的节点上。这样做的好处是可以使不同存储后端的输入输出（Input/Output，I/O）负载均衡并提高I/O性能。Cinder-Volume的Driver框架Cinder-Volume支持多种卷提供模块（VolumeProvider），包括LVM、NFS、Ceph和EMC等存储系统。Cinder-Volume为VolumeProvider定义了统一的Driver接口，VolumeProvider只需要实现这些接口，就可以以Driver的形式接入到OpenStack中。Cinder-Volume的Plug-in框架CinderPlug-in提供了基于文件系统（FileSystemBased）和基于块（BlockBased）两种不同类型的插件。除此之外，CinderPlug-in还提供了iSCSI（InternetSmallComputerSystemInterface）、FC（FibreChannel）、NFS（NetworkFileSystem）等常用的数据传输协议的Plug-in框架。Cinder创建卷流程用户可通过CinderClient提供的CLI或者WebUI（Horizon）发起创建卷请求。Cinder-API向Keystone验证Token。认证通过后，当用户指定存储节点时，则Cinder-API会直接调用Cinder-Volume去创建卷；当用户没有指定存储节点时，Cinder-API会将请求发送给Cinder-Scheduler。Cinder-Scheduler会通过调度算法选择最合适的存储节点，并将操作请求发送给对应的Cinder-Volume。Cinder创建卷流程Cinder-Volume调用Volume-Driver创建卷，Volume-Driver在创建卷成功后，返回创建结果给Cinder-Volume。Cinder-Volume使用Volume-Driver返回的结果去更新数据库中相关主机的存储记录。Cinder-Volume将卷的创建结果返回给Cinder-API。Cinder-API返回卷的信息给Cinder-Client或者WebUI（Horizon）。Cinder挂载卷流程Nova向Cinder发送挂载请求，请求中携带虚拟机实例的信息以及要挂载的卷的标识符。Cinder接收到挂载请求后，首先通过存储控制器检查卷的状态和可用性。如果卷可用并且未被其他虚拟机实例挂载，则Cinder会准备将卷提供给Nova。一旦Cinder确认卷可用，它将通过iSCSI将卷连接到虚拟机实例所在的计算节点。这可以通过发送请求给适当的后端存储系统来实现。Nova接收到挂载成功的响应后，会更新虚拟机实例的状态，并通知虚拟机实例所在的计算节点将卷添加到虚拟机实例中，此时虚拟机VM中会出现一个磁盘/dev/sda。04OpenStack块存储管理OpenStack命令行CLI使用命令行CLI方式管理卷时，需要在控制节点上执行相应命令来进行卷的增删改查操作，输入相应的参数。命令作用命令作用openstackvolumecreate创建新卷openstackvolumesnapshotdelete删除卷快照openstackvolumedelete删除卷openstackvolumesnapshotlist列出卷快照openstackvolumehostfailover故障转移卷主机到不同的后端openstackvolumesnapshotset设置卷快照属性openstackvolumehostset设置卷主机属性openstackvolumesnapshotshow

显示卷快照详细信息openstackvolumelist列出卷openstackvolumesnapshotunset取消设置卷快照属性openstackvolumemigrate将卷迁移到新主机openstackvolumetypecreate创建新的卷类型openstackvolumeservicelist列出服务命令openstackvolumetypedelete删除卷类型openstackvolumeserviceset设置卷服务属性openstackvolumetypelist列出卷类型openstackvolumeset设置卷属性openstackvolumetypeset设置卷类型属性openstackvolumeshow显示卷详细信息openstackvolumetypeshow显示卷类型详细信息openstackvolumesnapshotcreate

创建新的卷快照openstackvolumetypeunset取消设置卷类型属性OpenStackWebUIWebUI方式是管理员在Horizon项目页面进行卷的增删改查操作。实验：OpenStack块存储管理OpenStack基础管理实验的拓扑包括2个子网和2台云主机，其中2台云主机分别安装了OpenSta