openstack 创建虚拟机过程 镜像格式的变化过程

Glance用来作为独立的大规模镜像查找服务，当它与Nova和Swift配合使用时，就为OpenStack提供了虚拟机镜像的查找服务，像所有的OpenStack项目一样，遵循以下设计思想：

基于组件的架构 - 便于快速增加新特性
高可用性 - 支持大负荷
容错性 - 独立的进程地址空间，避免串行错误
开放标准 - 对社区驱动的API提供参考实现

1. Glancle架构

    Glance主要由三个部分构成：glance-api、glance-registry以及image store。

Glance-api接收REST API的请求，类似nova-api；

          Glance-api在功能上与nova-api十分类似，都是接收REST API请求，然后通过其他模块（glance-registry及image store）来完成诸如镜像的查找、获取、上传、删除等操作，i默认监听端

          口9292。

glance-registry用于与MySQL数据库交互，用于存储或获取镜像的元数据（metadata）；

          Glance-registry用于提供镜像元数据相关的REST接口，通过glance-registry，可以向数据库中写入或获取镜像的各种数据，glance-registry监听端口9191。Glance的数据库中有两张表，

          一张是image表，另一张是image property表。Image表保存了镜像格式、大小等信息；image property表则主要保存镜像的定制化信息。

image store是一个存储的接口层，通过这个接口，glance可以获取镜像，image store支持的存储有Amazon的S3、OpenStack本身的Swift，还有诸如ceph，sheepdog，GlusterFS等分布式存储。

          Image store是镜像保存与获取的接口，它仅仅是一个接口层，具体的实现需要外部的存储支持，目前，支持的接口有Amazon S3、GlusterFS、Swift，sheepdog，ceph等。

    Glance体系结构如下图所示，通过glance，OpenStack的三个模块计算组件（nova）、镜像管理组件（glance）、存储组件（swift，ceph，sheepdog等）被连接成一个整体，Glance为Nova提供镜像的查找等操作，而存储组件又为Glance提供了实际的存储服务。而Swift，ceph，gluster，sheepdog等又是Glance存储接口的一些具体实现，Glance的存储接口还能支持S3等第三方的商业组件。

2. Openstack创建虚拟机的过程中镜像文件格式的变化过程

   这里通过OpenStack的horizon组件来创建一个m1.small的virtual machine，来详细分析下镜像格式的变化以及glance底层具体执行的哪些操作。

（1）首先看一下Glance管理的镜像，如果采用local storage，glance将镜像文件默认存储到/var/lib/glance/image目录下，这里我们选择c036d689-0336-4fcd-a8e0-4aed4dd5e420这个镜像来作为创建虚拟机的模板，此镜像是通过如下命令添加的,因此在horizon中显示的名称为：Precise x86_64。

glance add name="Precise x86_64" is_public=true
container_format=ovf disk_format=qcow2
< ubuntu-12.04-server-cloudimg-amd64-disk1.img

ubuntu@compute-63-02:/var/lib/glance/images$ ll -alh
total 2.5G
drwxr-xr-x 2 glance glance 4.0K Jan 30 01:30 ./
drwxr-xr-x 6 glance glance 4.0K Dec 27 21:11 ../
-rw-r—– 1 glance glance 768M Dec 27 04:31 5b298155-8bcf-442f-bc83-bc52f3fe5be9
-rw-r—– 1 glance glance 712M Jan 30 01:31 8760d55b-0d91-4987-8980-d6659c7856ab
-rw-r—– 1 glance glance 223M Dec 25 03:58 c036d689-0336-4fcd-a8e0-4aed4dd5e420
-rw-r—– 1 glance glance 768M Dec 27 04:44 d771b2ce-9310-4757-8ec5-d80f8d1e1712

通过qemu-img info命令，先看一下镜像文件的大小和格式如下：

ubuntu@compute-63-02:/var/lib/glance/images$ sudo qemu-img info c036d689-0336-4fcd-a8e0-4aed4dd5e420
image: c036d689-0336-4fcd-a8e0-4aed4dd5e420
file format: qcow2                                       //qcow2格式的镜像
virtual size: 2.0G (2147483648 bytes)                    //镜像文件大小的上限为2G，实际使用了223M
disk size: 223M
cluster_size: 65536

（2）通过horizon创建m1.small（具体配置为：1vcpu，2G memory，10G root disk，20G extra volume）的virtual machine
      新创建的虚拟机存放在/var/lib/nova/instances目录下，该目录的大体结构如下：

ubuntu@compute-63-12:/var/lib/nova/instances$ ll
total 32
drwxr-xr-x 8 nova nova 4096 Feb 28 21:39 ./
drwxr-xr-x 10 nova nova 4096 Dec 25 01:07 ../
drwxrwxr-x 2 nova nova 4096 Feb 28 21:39 _base/                    //相当于镜像文件的cache目录，在此host上创建的所有的vm，都会先cacha到这里
drwxrwxr-x 2 nova nova 4096 Jan 8 05:56 instance-00000022/         //instance-xxxxx新创建的虚拟机
drwxrwxr-x 2 nova nova 4096 Feb 28 03:40 instance-00000034/         
drwxrwxr-x 2 nova nova 4096 Feb 28 04:02 instance-00000037/
drwxrwxr-x 2 nova nova 4096 Feb 28 21:39 instance-0000003a/
drwxrwxr-x 2 nova nova 4096 Jan 30 01:30 snapshots/                 //此host上虚拟机对应的快照文件

  通过查看nova-compute.log可以看到vm创建过程中，镜像文件格式的变化过程，下面总结了下，具体参见下图。

    从glance中得知，有个virtual size =2G的qcow2格式的镜像文件Precise x86_64，它在glance中的ID=c036d689-0336-4fcd-a8e0-4aed4dd5e420。

  当Nova Compute接收到vm创建的请求时，通过以下步骤完成一个VM的创建过程：
  
（1）步：
    从vm的描述文件中获得所使用的image文件的ID，然后向Glance发起索取image文件的HTTP请求，结果是image文件从Glance的存储节点下载到发起请求的host机器上，即：/var/lib/nova/instances/_base目录下：

ubuntu@compute-63-11:/var/lib/nova/instances/_base$ ll -alh
total 4.0G
drwxrwxr-x 2 nova nova 4.0K Feb 28 21:39 ./
drwxr-xr-x 8 nova nova 4.0K Feb 28 21:39 ../
-rw-r–r– 1 nova kvm 2.0G Mar 1 02:06 d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852
-rw-r–r– 1 nova kvm 10G Mar 1 02:06 d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852_10
-rw-rw-r– 1 nova nova 223M Feb 28 03:17 d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852.part
-rw-r–r– 1 nova nova 20G Feb 28 04:01 ephemeral_0_20_None
-rw-r–r– 1 libvirt-qemu kvm 20G Feb 28 04:01 ephemeral_0_20_None_20
-rw-r–r– 1 nova nova 40G Feb 28 21:39 ephemeral_0_40_None
-rw-r–r– 1 libvirt-qemu kvm 40G Feb 28 21:39 ephemeral_0_40_None_40

即从：c036d689-0336-4fcd-a8e0-4aed4dd5e420 —> d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852.part
通过qemu-img info，可以发现d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852.part仍为qcow2格式的镜像，且大小与glance上的大小一致。

ubuntu@compute-63-11:/var/lib/nova/instances/_base$ sudo qemu-img info d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852.part
image: d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852.part
file format: qcow2
virtual size: 2.0G (2147483648 bytes)
disk size: 223M
cluster_size: 65536

（2）步：
      镜像下载成功后，openstack先去判断image文件的类型是否为qcow2，如果是，则现将其转化为raw格式，否则，直接进入（3）
      这里通过qemu-img convert命令，将qcow2格式转化为raw格式，转化完的镜像为：d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852，通过qemu-imag info查看其information。

ubuntu@compute-63-11:/var/lib/nova/instances/_base$ sudo qemu-img info d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852
image: d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852
file format: raw
virtual size: 2.0G (2147483648 bytes)
disk size: 659M

（3）（4）两步：
     由于所请求的vm的类型为m1.small，其root disk的大小为10G，所以需要resize image fille to 10G。
    这里比较奇怪的是，在resize之前，openstack会将d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852拷贝一份d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852_10，然后对d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852_10进行resize操作，将其变成10G的raw，这可能与vm的备份有关，暂时还没有理解为什么这么做。

cp /var/lib/nova/instances/_base/d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852 /var/lib/nova/instances/_base/d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852_10 （raw –>raw 2G–>2G）
qemu-img resize /var/lib/nova/instances/_base/d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852_10 10737418240 （raw–> raw 2G –>10G）

(5) 步：
    以（3）中创建的d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852_10作为base创建qcow2格式的overlay，可以理解为以d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852_10为base，创建了一个快照disk,具体看对应虚拟机目录下的文件：

ubuntu@compute-63-12:/var/lib/nova/instances/instance-0000003a$ ll -alh
total 417M
drwxrwxr-x 2 nova nova 4.0K Feb 28 21:39 ./
drwxr-xr-x 8 nova nova 4.0K Feb 28 21:39 ../
-rw-rw—- 1 libvirt-qemu kvm 23K Feb 28 21:40 console.log
-rw-r–r– 1 libvirt-qemu kvm 417M Mar 1 02:36 disk
-rw-r–r– 1 libvirt-qemu kvm 576K Mar 1 01:35 disk.local
-rw-rw-r– 1 nova nova 1.6K Feb 28 21:38 libvirt.xml

现在来总结下镜像文件的变化过程：
 c036d689-0336-4fcd-a8e0-4aed4dd5e420    (223M – qcow2)
     –>d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852.part   (223M — qcow2)
           –> d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852      (2G – raw)
                  –>d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852_10   (10G — raw)
                          –> disk    (417M – qcow2)

3. cache机制

   如果之后创建的vm的类型也是m1.small，并且是同一个image,将不会再去glance下载image文件，而是直接利用本地_base下的d265f9d66b8be65448e6c9147a83d65a300e1852_10来直接创建vm的disk文件，大大减少的vm的部署时间。