北京2021年4月28日 /美通社/ -- “千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金”。經(jīng)歷十年磨煉，OpenStack成功吸引了來自世界范圍內(nèi)50多個國家、近200個不同組織中近萬位開發(fā)人員的代碼貢獻(xiàn)，是金融、通信等多個重要領(lǐng)域上云的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，在關(guān)鍵行業(yè)落地并承載核心生產(chǎn)業(yè)務(wù)。
浪潮作為OIF基金會的創(chuàng)始黃金會員，始終秉承“源于開源，饋于開源”的宗旨，多年來持續(xù)投入社區(qū)貢獻(xiàn)。憑借著在代碼提交數(shù)、完成藍(lán)圖數(shù)、補(bǔ)丁修復(fù)數(shù)等方面的突出表現(xiàn)，浪潮在社區(qū)最新發(fā)布的W版本中繼續(xù)保持領(lǐng)先，繼V版本以來社區(qū)貢獻(xiàn)蟬聯(lián)中國第一，成為OpenStack全球重要的技術(shù)引領(lǐng)者。
在新發(fā)布的W版本中，浪潮云海主要聚焦Nova、Cyborg、Manila、Ironic、關(guān)鍵中間件等核心項目，補(bǔ)足核心功能并進(jìn)行大量的優(yōu)化工作，有效提高了OpenStack的成熟度。
那么在這些核心項目中，浪潮云海究竟做了哪些重要的優(yōu)化工作？具體來看。
“Cyborg優(yōu)化”
作為智能硬件加速設(shè)備管理項目，通過采用Cyborg可以在云平臺上方便使用GPU、vGPU、FPGA、SSD、SR-IOV等智能設(shè)備，有效優(yōu)化加速設(shè)備（例如，GPU、vGPU、SR-IOV等）在Nova項目的配置復(fù)雜，使用不便以及難以運(yùn)維等問題。
在最新發(fā)布的W版本中，浪潮云海OS技術(shù)團(tuán)隊在Cyborg項目引入了Inspur NVMe SSD驅(qū)動，可以做到自動發(fā)現(xiàn)OpenStack平臺上的Inspur NVMe SSD設(shè)備并自動上報到資源管理系統(tǒng)，用戶在創(chuàng)建云主機(jī)時便可使用。
Inspur NVMe SSD設(shè)備驅(qū)動實(shí)現(xiàn)原理
一直以來，浪潮云海OS研發(fā)團(tuán)隊都秉承用戶至上的原則，從功能易用性和穩(wěn)定性的角度開發(fā)支持了在線綁定/解綁硬件加速設(shè)備的功能，包括GPU、vGPU、Inspur NVMe SSD等加速設(shè)備，有效提升了操作的便捷性，降低了運(yùn)維管理的難度，提高了GPU、vGPU、NVMe SSD、FPGA等硬件加速設(shè)備的使用效率。
“Nova優(yōu)化”
Nova項目作為OpenStack項目的核心模塊，負(fù)責(zé)計算資源調(diào)度管理，例如云主機(jī)的創(chuàng)建、調(diào)度、生命周期管理等功能。早在U版本中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了Nova和Cyborg的交互機(jī)制，支持在創(chuàng)建云主機(jī)時指定GPU、FPGA、NVMe SSD等加速器設(shè)備，以此來提升云主機(jī)圖形圖像處理、FPGA編程、IO讀寫的能力，同時也豐富了云主機(jī)設(shè)備使用的多樣性。
“在最新的Wallaby版本中，我們完善了對綁定加速器設(shè)備云主機(jī)的操作，完成了對加速器云主機(jī)的擱置和取消擱置功能，彌補(bǔ)了加速器云主機(jī)的高級特性。如圖2所示在擱置過程中，我們需要銷毀云主機(jī)，同時釋放加速器設(shè)備以提高加速器設(shè)備的利用率。”
擱置加速器云主機(jī)實(shí)現(xiàn)原理
取消擱置加速器云主機(jī)操作實(shí)現(xiàn)原理
如圖3表示，在取消擱置過程恰恰與此相反，需重新調(diào)度物理主機(jī)，以獲取滿足加速器設(shè)備的物理主機(jī)，然后請求Cyborg創(chuàng)建加速器設(shè)備的映射關(guān)系，以重新綁定加速器設(shè)備。“我們還在持續(xù)完善加速器云主機(jī)的掛起/恢復(fù)、在線/離線遷移、調(diào)整配置等高級特性，以方便用戶高效使用云平臺的加速設(shè)備，持續(xù)貢獻(xiàn)社區(qū)，讓更多人受益?！?/p>
“Masakari優(yōu)化”
Masakari項目是專注于OpenStack云平臺高可用的開源項目，實(shí)現(xiàn)了云主機(jī)、關(guān)鍵進(jìn)程和物理機(jī)三個不同層次的高可用，主要通過Monitor檢測云主機(jī)、關(guān)鍵進(jìn)程和物理主機(jī)的故障，一旦檢測到故障，就觸發(fā)故障恢復(fù)機(jī)制，恢復(fù)云主機(jī)和物理主機(jī)的重要業(yè)務(wù)。
浪潮云海OS研發(fā)團(tuán)隊則通過客戶訴求、現(xiàn)場問題反饋等方式，有針對性的對Masakari項目進(jìn)行深入研究和探討，設(shè)計了針對云主機(jī)、關(guān)鍵進(jìn)程和物理機(jī)等多層面故障檢測、判斷處理矩陣，能有效應(yīng)對云平臺可能觸發(fā)的故障場景。
在最新的Wallaby版本，技術(shù)團(tuán)隊在主機(jī)狀態(tài)檢測機(jī)制的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，提出并實(shí)現(xiàn)了主機(jī)連續(xù)檢測機(jī)制，通過檢測主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)以確定主機(jī)是否故障，并設(shè)定故障節(jié)點(diǎn)云主機(jī)的疏散策略，增強(qiáng)了云平臺的高可靠性。
圖4中（左）為Masakari項目原故障檢測機(jī)制，Monitor只探測一次，當(dāng)云平臺存在網(wǎng)絡(luò)抖動時存在誤判風(fēng)險；圖4（右）為改進(jìn)后的故障檢測機(jī)制，通過多次探測平滑預(yù)測物理主機(jī)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，管理員可設(shè)定Monitor探測閾值，僅當(dāng)連續(xù)檢測到節(jié)點(diǎn)故障時才會觸發(fā)主機(jī)故障的高可用事件，提高主機(jī)故障檢測的可靠性。
主機(jī)狀態(tài)連續(xù)檢測實(shí)現(xiàn)機(jī)制
“同時我們還優(yōu)化了計算節(jié)點(diǎn)高可用功能，支持對高可用集群設(shè)置禁用和啟用狀態(tài)。當(dāng)對云平臺進(jìn)行維護(hù)時，運(yùn)維人員可以將高可用集群置于維護(hù)模式中，而不必再對每臺物理主機(jī)單獨(dú)設(shè)置維護(hù)狀態(tài)。”
“Memcached優(yōu)化”
Memcached作為一套分布式的高速緩存系統(tǒng)，為OpenStack云平臺提供數(shù)據(jù)緩存服務(wù)和高效的數(shù)據(jù)訪問能力，有效減輕了數(shù)據(jù)庫的訪問壓力，但是Memcached缺乏認(rèn)證以及安全機(jī)制。對此浪潮云海OS研發(fā)團(tuán)隊針對Memcached提出了SASL（全稱Simple Authentication and Security Layer，是一種用來擴(kuò)充C/S模式驗(yàn)證能力的機(jī)制）認(rèn)證機(jī)制，以彌補(bǔ)Memcached在OpenStack云平臺數(shù)據(jù)緩存方面的不足，有效避免由于Memcached認(rèn)證機(jī)制缺失造成其他客戶端可以隨意訪問Memcached緩存數(shù)據(jù)的風(fēng)險，提高OpenStack云平臺數(shù)據(jù)訪問的安全性。
其中SASL驗(yàn)證機(jī)制能夠規(guī)范Client與Server之間的應(yīng)答過程以及傳輸內(nèi)容的編碼， SASL驗(yàn)證架構(gòu)決定服務(wù)器本身如何存儲客戶端的身份證書以及如何核驗(yàn)客戶端提供的密碼。如果客戶端能成功通過驗(yàn)證，服務(wù)器端便能夠確定用戶的身份，以此來確保用戶數(shù)據(jù)的安全性。
如圖5所示，浪潮云海OS研發(fā)團(tuán)隊通過在Oslo.cache和Keystonemiddleware中間組件中增加對SASL進(jìn)行認(rèn)證的客戶端，并通過啟用配置文件設(shè)置相應(yīng)的用戶名和密碼，開啟SASL的訪問認(rèn)證來提高M(jìn)emcached緩存服務(wù)的安全性。
基于SASL認(rèn)證訪問的Memcached實(shí)現(xiàn)
研發(fā)團(tuán)隊表示：“在大量應(yīng)用及測試過程中，我們發(fā)現(xiàn)掛載云硬盤出現(xiàn)重復(fù)請求的問題，造成此問題的根本原因是在Nova項目中掛載云硬盤過程是分兩部分來完成且缺少異步消息檢測機(jī)制。”
如圖6所示，社區(qū)原云硬盤掛載功能設(shè)計的核心思想是在Nova生成云主機(jī)和塊設(shè)備的映射關(guān)系并記錄數(shù)據(jù)庫，然后執(zhí)行掛載云硬盤的請求，通過Cinder完成云硬盤和云主機(jī)的映射關(guān)系，修改云硬盤狀態(tài)；但此過程中容易出現(xiàn)掛載超時，云主機(jī)再次發(fā)送云硬盤掛載請求造成消息阻塞以至等待超時，導(dǎo)致云主機(jī)掛載云硬盤信息不一致的問題。
開源社區(qū)云硬盤掛載流程
如圖7，浪潮云海OS研發(fā)團(tuán)隊針對上述云硬盤掛載邏輯進(jìn)行優(yōu)化，核心思想是取消第一次的RPC同步消息請求，整個云硬盤掛載流程中只保留一次RPC異步消息請求，將生成的塊備映射表信息放到RPC異步消息處理流程中來處理，來保證連續(xù)掛載云硬盤操作的健壯性，有效提高云平臺的高可用性和穩(wěn)定性。
優(yōu)化之后的云硬盤掛載流程
“Ironic優(yōu)化”
Ironic項目是當(dāng)前開源社區(qū)最熱的裸金屬管理項目，浪潮云海OS研發(fā)團(tuán)隊在開發(fā)新特性貢獻(xiàn)Ironic項目的同時，極力推動AEP（全稱Apache Pass，Intel推出的一種新型的非易失Memory設(shè)備，是持久化內(nèi)存的一種。）設(shè)備在Ironic項目上的適配。
如圖8所示，團(tuán)隊通過研究裸金屬CPU高級特性以及針對高級特性的裸金屬調(diào)度實(shí)踐并加以創(chuàng)新，適配新型的非易性失持久內(nèi)存設(shè)備，彌補(bǔ)裸金屬對持久性內(nèi)存設(shè)備的支持能力，在Ironic開源社區(qū)以提交了相關(guān)議題及實(shí)現(xiàn)。
“在未來版本中，我們將持續(xù)貢獻(xiàn)Ironic開源項目，將iSCSI/FC-SAN云硬盤掛載、裸金屬RAID配置、裸金屬檢查定制化、多架構(gòu)適配和裸金屬智能網(wǎng)卡等高級特性貢獻(xiàn)社區(qū)，造福更多用戶和開源愛好者?！?/p>
AEP設(shè)備裸金屬驗(yàn)證環(huán)境拓?fù)?/span>
“Cinder優(yōu)化”
眾所周知Cinder項目為OpenStack云平臺提供塊存儲服務(wù)，云硬盤快照作為一種數(shù)據(jù)快速備份的方式，但當(dāng)前在Cinder社區(qū)并不支持對云硬盤中間時刻的快照進(jìn)行回滾，只能做到對最近一次創(chuàng)建的快照進(jìn)行回滾，這在一定程度上降低了快照回滾功能的易用性。
基于此如圖9所示，浪潮云海OS研發(fā)團(tuán)隊通過對比多種存儲，提煉了它們的公共特性，優(yōu)化了云硬盤快照的恢復(fù)邏輯，在實(shí)現(xiàn)了任意快照回滾的同時確保了數(shù)據(jù)的安全性、快照功能的易用性。
云硬盤自動快照實(shí)現(xiàn)原理
“Manila優(yōu)化”
針對為OpenStack云平臺提供文件存儲服務(wù)的Manila項目，浪潮云海OS研發(fā)團(tuán)隊在最新的Wallaby版本中，在文件存儲類型擴(kuò)展規(guī)格中新增限制共享容量的特性。如圖10所示，該特性通過使用鍵值對來限制文件存儲創(chuàng)建、擴(kuò)容、納管操作的最大和最小容量，可適應(yīng)更多的場景，能夠?yàn)椴煌挠脩籼峁﹤€性化的服務(wù)，極大程度提高了云平臺的安全性，提升了云平臺的智能化運(yùn)維能力。
文件存儲共享類型容量限制設(shè)計原理
總結(jié)一下，社區(qū)貢獻(xiàn)引領(lǐng)的背后，除了具備強(qiáng)大的研發(fā)能力之外，還要求企業(yè)擁有豐富的實(shí)踐積累。浪潮基于OpenStack開發(fā)的企業(yè)發(fā)行版，即浪潮云海OS，對開源版本進(jìn)行了深度優(yōu)化，建設(shè)了中國最大的金融生產(chǎn)云、亞洲最大的廣電云，并聯(lián)合國家相關(guān)行業(yè)信息化主管部門制定了云計算行業(yè)商用大規(guī)模上云標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)踐白皮書等。
浪潮信息副總裁張東表示，作為OIF基金會創(chuàng)始黃金會員，浪潮積極投入開源社區(qū)建設(shè)，尤其在Nova（計算）、Cinder（塊存儲）、Cyborg（硬件加速）、Masakari（高可靠）等核心項目中貢獻(xiàn)突出，提升了開源版本的產(chǎn)品化能力，持續(xù)引領(lǐng)OpenStack不斷走向成熟完善。
文章作者：浪潮云海OS技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊張百林
