文章作者：浪潮云海OS技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)張百林

“千淘萬(wàn)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(lái)自世界范圍內(nèi)50多個(gè)國(guó)家、近200個(gè)不同組織中近萬(wàn)位開(kāi)發(fā)人員的代碼貢獻(xiàn)，是金融、通信等多個(gè)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(huì)的創(chuàng)始黃金會(huì)員，始終秉承“源于開(kāi)源，饋于開(kāi)源”的宗旨，多年來(lái)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(lái)社區(qū)貢獻(xiàn)蟬聯(lián)中國(guó)第一，成為OpenStack全球重要的技術(shù)引領(lǐng)者。

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據(jù)悉，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(xiàng)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(xiàng)目中，浪潮云海究竟做了哪些重要的優(yōu)化工作？具體來(lái)看！

「Cyborg優(yōu)化」

作為智能硬件加速設(shè)備管理項(xiàng)目，通過(guò)采用Cyborg可以在云平臺(tái)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(xiàng)目的配置復(fù)雜，使用不便以及難以運(yùn)維等問(wèn)題。

在最新發(fā)布的W版本中，浪潮云海OS技術(shù)團(tuán)隊(duì)在Cyborg項(xiàng)目引入了Inspur NVMe SSD 驅(qū)動(dòng)，可以做到自動(dòng)發(fā)現(xiàn)OpenStack平臺(tái)上的Inspur NVMe SSD設(shè)備并自動(dòng)上報(bào)到資源管理系統(tǒng)，用戶在創(chuàng)建云主機(jī)時(shí)便可使用。

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圖1 Inspur NVMe SSD設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理

一直以來(lái)，浪潮云海OS研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(kāi)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(xiàng)目作為OpenStack項(xiàng)目的核心模塊，負(fù)責(zé)計(jì)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(shí)指定GPU、FPGA、NVMe SSD等加速器設(shè)備，以此來(lái)提升云主機(jī)圖形圖像處理、FPGA編程、IO讀寫(xiě)的能力，同時(shí)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(duì)綁定加速器設(shè)備云主機(jī)的操作，完成了對(duì)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(jí)特性。如圖2所示在擱置過(guò)程中，我們需要銷(xiāo)毀云主機(jī)，同時(shí)釋放加速器設(shè)備以提高加速器設(shè)備的利用率。”

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圖2 擱置加速器云主機(jī)實(shí)現(xiàn)原理

圖3 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(guò)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(qǐng)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(jí)特性，以方便用戶高效使用云平臺(tái)的加速設(shè)備，持續(xù)貢獻(xiàn)社區(qū)，讓更多人受益。”

「Masakari優(yōu)化」

Masakari項(xiàng)目是專注于OpenStack云平臺(tái)高可用的開(kāi)源項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了云主機(jī)、關(guān)鍵進(jìn)程和物理機(jī)三個(gè)不同層次的高可用，主要通過(guò)Monitor檢測(cè)云主機(jī)、關(guān)鍵進(jìn)程和物理主機(jī)的故障，一旦檢測(cè)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(duì)則通過(guò)客戶訴求、現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題反饋等方式，有針對(duì)性的對(duì)Masakari項(xiàng)目進(jìn)行深入研究和探討，設(shè)計(jì)了針對(duì)云主機(jī)、關(guān)鍵進(jìn)程和物理機(jī)等多層面故障檢測(cè)、判斷處理矩陣，能有效應(yīng)對(duì)云平臺(tái)可能觸發(fā)的故障場(chǎng)景。

在最新的Wallaby版本，技術(shù)團(tuán)隊(duì)在主機(jī)狀態(tài)檢測(cè)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(cè)機(jī)制，通過(guò)檢測(cè)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(tái)的高可靠性。

圖4中(左)為Masakari項(xiàng)目原故障檢測(cè)機(jī)制，Monitor只探測(cè)一次，當(dāng)云平臺(tái)存在網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)時(shí)存在誤判風(fēng)險(xiǎn);圖4(右)為改進(jìn)后的故障檢測(cè)機(jī)制，通過(guò)多次探測(cè)平滑預(yù)測(cè)物理主機(jī)的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，管理員可設(shè)定Monitor探測(cè)閾值，僅當(dāng)連續(xù)檢測(cè)到節(jié)點(diǎn)故障時(shí)才會(huì)觸發(fā)主機(jī)故障的高可用事件，提高主機(jī)故障檢測(cè)的可靠性。

圖4 主機(jī)狀態(tài)連續(xù)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)機(jī)制

“同時(shí)我們還優(yōu)化了計(jì)算節(jié)點(diǎn)高可用功能，支持對(duì)高可用集群設(shè)置禁用和啟用狀態(tài)。當(dāng)對(duì)云平臺(tái)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，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(duì)每臺(tái)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(tái)提供數(shù)據(jù)緩存服務(wù)和高效的數(shù)據(jù)訪問(wèn)能力，有效減輕了數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)壓力，但是Memcached缺乏認(rèn)證以及安全機(jī)制。對(duì)此浪潮云海OS研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)Memcached提出了SASL(全稱Simple Authentication and Security Layer，是一種用來(lái)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(tái)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(wèn)Memcached緩存數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)，提高OpenStack云平臺(tái)數(shù)據(jù)訪問(wèn)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(guò)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(chǔ)客戶端的身份證書(shū)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(guò)驗(yàn)證，服務(wù)器端便能夠確定用戶的身份，以此來(lái)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(duì)通過(guò)在Oslo.cache和Keystonemiddleware中間組件中增加對(duì)SASL進(jìn)行認(rèn)證的客戶端，并通過(guò)啟用配置文件設(shè)置相應(yīng)的用戶名和密碼，開(kāi)啟SASL的訪問(wèn)認(rèn)證來(lái)提高M(jìn)emcached緩存服務(wù)的安全性。

圖5 基于SASL認(rèn)證訪問(wèn)的Memcached實(shí)現(xiàn)

研發(fā)團(tuán)隊(duì)表示：“在大量應(yīng)用及測(cè)試過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)掛載云硬盤(pán)出現(xiàn)重復(fù)請(qǐng)求的問(wèn)題，造成此問(wèn)題的根本原因是在Nova項(xiàng)目中掛載云硬盤(pán)過(guò)程是分兩部分來(lái)完成且缺少異步消息檢測(cè)機(jī)制。”

如圖6所示，社區(qū)原云硬盤(pán)掛載功能設(shè)計(jì)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(kù)，然后執(zhí)行掛載云硬盤(pán)的請(qǐng)求，通過(guò)Cinder完成云硬盤(pán)和云主機(jī)的映射關(guān)系，修改云硬盤(pán)狀態(tài);但此過(guò)程中容易出現(xiàn)掛載超時(shí)，云主機(jī)再次發(fā)送云硬盤(pán)掛載請(qǐng)求造成消息阻塞以至等待超時(shí)，導(dǎo)致云主機(jī)掛載云硬盤(pán)信息不一致的問(wèn)題。

圖6 開(kāi)源社區(qū)云硬盤(pán)掛載流程

如圖7 ，浪潮云海OS研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)上述云硬盤(pán)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(qǐng)求，整個(gè)云硬盤(pán)掛載流程中只保留一次RPC異步消息請(qǐng)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(lái)處理，來(lái)保證連續(xù)掛載云硬盤(pán)操作的健壯性，有效提高云平臺(tái)的高可用性和穩(wěn)定性。

圖7 優(yōu)化之后的云硬盤(pán)掛載流程

「Ironic優(yōu)化」

Ironic項(xiàng)目是當(dāng)前開(kāi)源社區(qū)最熱的裸金屬管理項(xiàng)目，浪潮云海OS研發(fā)團(tuán)隊(duì)在開(kāi)發(fā)新特性貢獻(xiàn)Ironic項(xiàng)目的同時(shí)，極力推動(dòng)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(xiàng)目上的適配。

如圖8所示，團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究裸金屬CPU高級(jí)特性以及針對(duì)高級(jí)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(duì)持久性內(nèi)存設(shè)備的支持能力，在Ironic開(kāi)源社區(qū)以提交了相關(guān)議題及實(shí)現(xiàn)。

“在未來(lái)版本中，我們將持續(xù)貢獻(xiàn)Ironic開(kāi)源項(xiàng)目，將iSCSI/FC-SAN云硬盤(pán)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(jí)特性貢獻(xiàn)社區(qū)，造福更多用戶和開(kāi)源愛(ài)好者。”

圖8 AEP設(shè)備裸金屬驗(yàn)證環(huán)境拓?fù)?/strong>

「Cinder優(yōu)化」

眾所周知Cinder項(xiàng)目為OpenStack云平臺(tái)提供塊存儲(chǔ)服務(wù)，云硬盤(pán)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(duì)云硬盤(pán)中間時(shí)刻的快照進(jìn)行回滾，只能做到對(duì)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(duì)通過(guò)對(duì)比多種存儲(chǔ)，提煉了它們的公共特性，優(yōu)化了云硬盤(pán)快照的恢復(fù)邏輯，在實(shí)現(xiàn)了任意快照回滾的同時(shí)確保了數(shù)據(jù)的安全性、快照功能的易用性。

圖9 云硬盤(pán)自動(dòng)快照實(shí)現(xiàn)原理

「Manila優(yōu)化」

針對(duì)為OpenStack云平臺(tái)提供文件存儲(chǔ)服務(wù)的Manila項(xiàng)目，浪潮云海OS研發(fā)團(tuán)隊(duì)在最新的Wallaby版本中，在文件存儲(chǔ)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(guò)使用鍵值對(duì)來(lái)限制文件存儲(chǔ)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(chǎng)景，能夠?yàn)椴煌挠脩籼峁﹤€(gè)性化的服務(wù)，極大程度提高了云平臺(tái)的安全性，提升了云平臺(tái)的智能化運(yùn)維能力。

圖10 文件存儲(chǔ)共享類型容量限制設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)的企業(yè)發(fā)行版，即浪潮云海OS，對(duì)開(kāi)源版本進(jìn)行了深度優(yōu)化，建設(shè)了中國(guó)最大的金融生產(chǎn)云、亞洲最大的廣電云，并聯(lián)合國(guó)家相關(guān)行業(yè)信息化主管部門(mén)制定了云計(jì)算行業(yè)商用大規(guī)模上云標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)踐白皮書(shū)等。

浪潮信息副總裁張東表示，作為OIF基金會(huì)創(chuàng)始黃金會(huì)員，浪潮積極投入開(kāi)源社區(qū)建設(shè)，尤其在Nova(計(jì)算)、Cinder(塊存儲(chǔ))、Cyborg(硬件加速)、Masakari(高可靠)等核心項(xiàng)目中貢獻(xiàn)突出，提升了開(kāi)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。