从KVM虚拟化到Openstack云化架构综述

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摘要

OpenStack的虚拟化技术

OpenStack架构介绍

Nova

Swift

KeyStone

Neutron

Glance

Cinder

Ceilometer

Heat

摘要

这两年的工作中，接触到公有云和私有云的项目还不少。起初对于Openstack的了解，仅停留在其几大组件的交互上，如Nova、Neutron、Glance等，以及对各大云厂商功能点上。随着项目的深入，慢慢发觉了解组件的交互，虽然对于做项目来说基本够用，但做为一名负责人的售前同学，总觉得需要进一步理清楚，Openstack使用到的相关虚拟层技术，如KVM、QEMU、SDN等。本篇文章，已经在要总结的任务中delay了很久，今天下定决心，集网上多篇文章，整理从KVM虚拟化到Openstack的云化架构综述，希望各位同学多提建议。（下一篇文档，估计要写写AI相关的语音、视觉、NLP和知识图谱相关的了）

Openstack是一个云管平台，不是一项技术，这可能是一名非计算机专业的小白容易搞混的问题。计算、存储和网络的虚拟化，由底层hypervisor，如KVM、Qemu、Xen等提供。其实所谓的管理平台，主要是为了方便大家使用。如果没有OpenStack，同样可以通过virsh、virt-manager来创建虚拟机，只不过敲命令行的方式，就像windows之前的doc命令输入一样，需要一定的学习成本，对于普通用户的操作不是很便利。说到虚拟化，我们简单看一下虚拟化的分类，以及常见的Hypervisor，KVM和Xen的区别。

OpenStack的虚拟化技术

在OS中加入一个虚拟化层(VMM)，虚拟化层可以对下层(HostOS)硬件资源(物理CPU、内存、磁盘、网卡、显卡等)进行封装、隔离，抽象为另一种形式的逻辑资源，再提供给上层(GuestOS)使用。所以你可以理解VMM其实就是联系HostOS和GuestOS的一个中间件，当然虚拟化可以将一份资源抽象为多份，也可以将多份资源抽象为一份。通过虚拟化技术实现的虚拟机一般被称之为GuestOS(客户)，而作为GuestOS载体的物理主机称之为HostOS(宿主)。

现在市场上最常见的虚拟化软件有VMWare workstation(VMWare)、VirtualBox(Oracle)、Hyper-V(Microsoft)、KVM(Redhat)、Xen等，这些软件统称之为VMM(Virtual Machine Monitor)，使用不同的虚拟化实现。而这些虚拟化实现的方式可以分为： 

• 全虚拟化：也成为原始虚拟化技术，该模型使用虚拟机协调guest操作系统和原始硬件，VMM在guest操作系统和裸硬件之间用于工作协调，一些受保护指令必须由Hypervisor（VMM 虚拟机管理程序）来捕获处理。既VMM会为GuestOS抽象模拟出它所需要的包括CPU、磁盘、内存、网卡、显卡等抽象硬件资源，所以全虚拟化的GuestOS并不会知道自己其实是一台虚拟机。全虚拟化的运行速度要快于硬件模拟，但是性能方面不如裸机，因为Hypervisor需要占用一些资源。典型的全虚拟化软件有：VMWare、Hyper-V、KVM-x86(复杂指令集)。

全虚拟化的两种实现方式：

 1、基于二进制翻译的全虚拟化；2、基于扫描和修补的全虚拟化。

• 半虚拟化：是另一种类似于全虚拟化的技术，它使用Hypervisor分享存取底层的硬件，但是它的guest操作系统集成了虚拟化方面的代码。该方法无需重新编译或引起陷阱，因为操作系统自身能够与虚拟进程进行很好的协作。典型的半虚拟化软件有：Xen、KVM-PowerPC(简易指令集)半虚拟化除了修改内核外还有另外一种实现方法–在每一个GuestOS中安装半虚拟化软件：VMTools、RHEVTools。