Nova Cell V2 详解

现在 ,OpenStack 在控制平面上的性能瓶颈主要在 Message Queue 和 Database 。 尤其是 Message Queue , 随着计算节点的增加 , 性能变的越来越差 。 为了应对这种情况 , Nova 很早之前提出来 nova-cell ( 以下以 cellv1 代替 ) 的解决方案 。 目的是在把大的 OpenStack 集群分成小的单元 , 每个单元有自己的 Message Queue 和 Database。 以此来解决规模增加时引起的性能问题 。 而且不会向 Region 那样 , 把各个集群独立运行 。 在 cell 里面 ,Keystone、Neutron、Cinder、Glance 等资源还是共享的 。

cell v1

cellv1 最初的想法很好 , 但是局限于早期 nova 的架构 , 硬生生的加个 nova-cell 服务来在各个 cell 间传递消息 , 使得架构更加复杂 。 以下是 cellv1 的架构

nova cell v1 architecture

cell v1 的问题在于 :

  • 一直以来 ,cell v1 被标记为实验性质
  • 相关的测试很少 , 而且也没有 v1 + neutron 的测试
  • 现在来说功能已经冻结 , 不会加入新的功能
  • 不严重的 Bug 根本不会去修复
  • 使用案例很少 。 现在经常提到的使用案例也只有 CERN( 欧洲原子能研究中心 )。 一般规模下 , 完全没有必要搭建 cell v1

所以 , 现在进行部署的话 , 如果用 cell, 就尽量使用 cell v2 吧 。

cell v2

cell v2 自 Newton 版本引入 ,Ocata 版本变为必要组件 。 以后默认部署都会初始化一个单 cell 的架构 。

cell v2 的架构图如下 , 看着比 cell v1 清爽不少 。

nova cell v2 architecture

从架构图上 , 可以看到 :

  • api 和 cell 有了明显的边界 。 api 层面只需要数据库 , 不需要 Message Queue。
    • nova-api 现在依赖 nova_api 和 nova_cell0 两个数据库 。
  • nova-scheduler 服务只需要在 api 层面上安装 ,cell 不需要参数调度 。 这样实现了一次调度就可以确定到具体在哪个 cell 的哪台机器上启动
    • 这里其实依赖 placement 服务 , 以后的文章会提到
  • cell 里面只需要安装 nova-compute 和 nova-conductor 服务 , 和其依赖的 DB 和 MQ
  • 所有的 cell 变成一个扁平架构 。 比之前的多层父子架构要简化很多 。
  • api 上面服务会直接连接 cell 的 MQ 和 DB, 所以不需要类似 nova-cell 这样子的额外服务存在 。 性能上也会有及大的提升

nova_api & nova_cell0

自 Newton 版本 ,nova 就一直拆分 nova 数据库 , 为 cell v2 做准备 。 把一些全局数据表从 nova 库搬到了 nova_api, 下面是现在 nova_api 里面的所有表 。

+------------------------------+     +------------------------------+
| Tables_in_nova_api           |     | Tables_in_nova_api           |
+------------------------------+     +------------------------------+
| aggregate_hosts              |     | inventories                  |
| aggregate_metadata           |     | key_pairs                    |
| aggregates                   |     | migrate_version              |
| allocations                  |     | placement_aggregates         |
| build_requests               |     | project_user_quotas          |
| cell_mappings                |     | quota_classes                |
| flavor_extra_specs           |     | quota_usages                 |
| flavor_projects              |     | quotas                       |
| flavors                      |     | request_specs                |
| host_mappings                |     | reservations                 |
| instance_group_member        |     | resource_classes             |
| instance_group_policy        |     | resource_provider_aggregates |
| instance_groups              |     | resource_providers           |
| instance_mappings            |     |                              |
+------------------------------+     +------------------------------+

可以看到像 flavor, instance groups, quota 这些表已经迁移了过来 。

nova_cell0 数据库的 schema 和 nova 是一样的 , 他存在的只要用途是 : 当 instance 调度失败时 , instance 的信息不属于任何一个 cell, 所以放到 cell0 上面 。 因此里面的数据并不是太重要 。

cell 流程

                        api/cell boundary
                                +
 nova show <uuid>               |
             |                  |
             v      3           |
        nova-api+-------------------->cell-db
         +     +                |
         |     +----+           |
        1|          | 2         |      1. Determine which cell the instance is in
         v          v           |      2. Get db connection for cell
instance_mapping  cell_mapping  |      3. Query cell db for data
                                +

当想要获取一个机器的详细信息时 :

  1. nova-api 先从 instance_mappings 表拿到 instance 的 cell_id
  2. 再从 cell_mappings 表拿到所在 cell 的 DB connection
  3. 直接连接 cell 的 DB 拿到机器的详细信息
                        api/cell boundary
                                +
 nova reboot <uuid>             |
              +                 |
              |                 |
              v    3            |
        nova-api+-------------------->cell-mq+----->compute
         +     +                |
         |     +---+            |
        1|         | 2          |      1. Determine which cell the instance is in
         v         v            |      2. Get mq connection for cell
instance_mapping cell_mapping   |      3. Send RPC message to compute
                                +

当要重启一台机器时 :

  1. nova-api 先从 instance_mappings 表里拿到 instance 所在的 cell_id
  2. 从 cell_mappings 里拿到所在 cell 的 message queue 连接
  3. nova-api 直接给 mq 的相关队列发重启机器的消息
                        api/cell boundary
                                +
 nova boot  ...                 |
         +        3             |
         |    +---------------------->cell-db
         v    +   4             |
        nova-api+-------------------->cell-mq+->conductor+->compute
         +    +                 |
         |    +-------------+   |
        2|     1            |   |
         v                  |   |       1. Schedule the instance
instance_mapping            |   |       2. Record which cell the instance was scheduled to
                            |   +       3. Create instance record
                            v           4. Send RPC message to conductor to build
                       scheduling

当新建机器时 :

  1. nova-api 接到用户的请求信息 , 先转发到 nova-scheduler 进行调度 , nova-scheduler 通过 placement service, 直接确定分配到哪台机器上
  2. nova-api 把 instance 的信息存入 instance_mappings 表
  3. nova-api 把机器信息存到目标 cell 的 database
  4. nova-api 给 cell 的 message queue 的相关队列发消息 , 启动机器

Cell v2 的优点

  • 数据库和消息队列作为 nova 的一等公民 。
  • 在 cell 的数据库里没有冗余数据 , 所有共享数据都在 nova-api 中
  • 全局数据和 cell 数据有一条清晰的界线
  • 非 cell 用户很容易的就可以迁移到 cell v2 上面 。 不需要更改现在的部署架构
  • cell v1 的用户也可以迁移到 cell v2 上 。 只要手动建立起所有的 mapping, 关掉现在存在的 nova-cell 服务 , 清掉最上层 cell 的数据库 。 但是最上层 cell 本质上和其它 cell 是不同的 。 所以需要调整架构
  • 增减 cell 变的十分简单 , 而且在把某个 cell 加入之前 , 可以在其它环境进行测试

Cell v2 相关命令

因为 cell v2 完全靠 database 的操作为建立 , 所以也没有相关的 api 接口 。 主要靠 nova-manage cell_v2 命令 。 详细说明参见 [1]

nova-manage cell_v2

    create_cell
    delete_cell
    list_cells

    map_cell0
    discover_hosts
    simple_cell_setup

    map_cell_and_hosts
    map_instances
    verify_instance

其它

计算节点自动发现

上面提到了现在 nova-compute 服务上线后 , 不会自动加到 nova-api 的 host_mappings 里面 , 也就不会加到 nova-scheduler 的调度中 。 需要手动运行 nova-manage cell_v2 discover_hosts 命令 。 这显示略显繁琐 。

在小型一些的环境上 , 推荐打开自动发现功能 , 就不用手动跑命令了 。

[scheduler]
discover_hosts_in_cells_interval=-1

#This value controls how often (in seconds) the scheduler should attempt
#to discover new hosts that have been added to cells. If negative (the
#default), no automatic discovery will occur.

性能分析

为了拿到 instance 的详细信息 , 需要查询 nova_api 数据库 , 相比之前要多查询一次数据库 ( 虽然是有三个表 , 但是可以用多表连接查询 , 一次就可以拿到所有的结果 )。 但是一来数据相当少 , 而且很容易加上一层 cache, 并不会对性造成什么影响 。

Kolla 实现

现在 Kolla 已经支持自动部署一个基本的 cell 环境 , 而且支持从没有 cell 的 Newton 升级到有 cell 的 Ocata 版本 。

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