Связка KVM и OpenStack

Ради интереса недавно поискал базовые понятия в интернетах и не нашел достойного описания, поэтому пишу сам, просто, базово, как для себя на заре своего становления в направлении виртуализации, мне бы это помогло быстрее понять основы.

1. Введение

2. KVM: Базовая технология виртуализации

3. OpenStack: Облачная платформа

4. Как работает связка KVM и OpenStack

5. Преимущества использования KVM с OpenStack

6. Какие модули есть в OpenStack

7. Ключевые отличия между OpenStack и KVM

8. Заключение

Введение

Виртуализация — это технология, которая позволяет запускать несколько виртуальных машин (ВМ) на одном физическом сервере. Каждая ВМ работает как отдельный компьютер со своей операционной системой. Это позволяет оптимизировать использование ресурсов серверов и снижать затраты на оборудование.

Как пример, можем рассмотреть такие сервисы как хостинг сайтов, создание тестовых сред и тд.

KVM: Базовая технология виртуализации

На сегодняшний день KVM (Kernel-based Virtual Machine) является одним из самых популярных решений для виртуализации на платформе Linux. Его используют как малые компании, так и крупный бизнес, включая облачных провайдеров, благодаря его эффективности и широким возможностям.

Основные моменты:

• KVM встроен в ядро Linux и превращает Linux в гипервизор.

• Гипервизор — это программа, которая управляет виртуальными машинами (бывает несколько типов гипервизоров, в нашем случае KVM является гипервизором 1-го типа, о других типах можно легко найти информацию в поисковиках).

• KVM поддерживает запуск нескольких ОС на одном сервере, эффективно распределяя ресурсы между ВМ.

Резюмируем: KVM встроен в ядро Linux начиная с версии 2.6.20, и благодаря этому его легко установить и настроить на большинстве современных серверов. Он работает как гипервизор — компонент, который позволяет запускать несколько операционных систем на одном сервере одновременно.

OpenStack: Облачная платформа

OpenStack — это платформа с открытым исходным кодом, которая позволяет компаниям создать собственное облако, аналогичное облакам Amazon или Google. Она объединяет в себе разные компоненты для управления серверами, хранением данных и сетями. Самым популярным гипервизором для OpenStack является KVM, благодаря своей высокой производительности и поддержке Linux. С этого момента мы и начинаем понимать суть связки KVM + OpenStack.

Основные моменты:

• OpenStack — это набор инструментов для создания и управления облачными инфраструктурами.

• Он позволяет автоматизировать создание виртуальных машин, сетей, хранилищ и других ресурсов.

• OpenStack поддерживает работу с различными гипервизорами, включая KVM.

Как работает связка KVM и OpenStack

Теперь поймем как эти две технологии KVM и OpenStack работают вместе.

Когда пользователь создаёт виртуальную машину в OpenStack, на уровне гипервизора за это отвечает KVM. OpenStack посылает команды KVM для создания новой ВМ с заданными параметрами — процессором, памятью и местом на диске. После создания OpenStack автоматически добавляет виртуальную машину в сеть и подключает к хранилищу.

Основные моменты:

• OpenStack использует KVM как гипервизор для управления виртуальными машинами.

• KVM предоставляет интерфейс низкого уровня для работы с ВМ, а OpenStack автоматически управляет их созданием, запуском, остановкой и удалением.

• Такая связка позволяет легко масштабировать инфраструктуру и управлять большим количеством серверов и виртуальных машин через веб-интерфейс.

Преимущества использования KVM с OpenStack

Здесь перечислю несколько ключевых преимуществ нашей связки.

1. Открытый исходный код. Оба решения — OpenStack и KVM — имеют открытый исходный код, что даёт гибкость в настройке и позволяет избежать зависимости от одного вендора.

2. Высокая производительность. KVM предоставляет производительность близкую к «нативной» работе железа, а OpenStack эффективно управляет большими кластерами серверов.

3. Широкие возможности для масштабирования. OpenStack позволяет легко добавлять новые серверы в кластер, а KVM гарантирует стабильную работу ВМ даже при высокой нагрузке.

Какие модули есть в OpenStack

OpenStack состоит из множества модулей (сервисов), которые обеспечивают управление различными аспектами облачной инфраструктуры, такими как вычислительные ресурсы, сети, хранилища и безопасность. Перечислю основные модули OpenStack:

1. Compute (Nova)

• Nova — сервис для управления виртуальными машинами (инстансами). Это главный компонент для запуска и управления виртуальными серверами.

• Поддерживает различные гипервизоры, такие как KVM, QEMU, Xen, Hyper-V, VMware и другие.

2. Networking (Neutron)

• Neutron отвечает за создание и управление сетями в OpenStack. Позволяет создавать виртуальные сети, подсети, маршрутизаторы, балансировщики нагрузки, а также управлять сетевыми политиками и безопасностью.

• Поддерживает интеграцию с SDN (Software-Defined Networking) и сетевыми плагинами от разных вендоров.

3. Block Storage (Cinder)

• Cinder предоставляет блочные хранилища для виртуальных машин, такие как тома, которые можно подключить к инстансам. Позволяет создавать, удалять и управлять блочными устройствами.

• Может интегрироваться с различными системами хранения данных, такими как Ceph, NetApp, EMC и другие.

4. Object Storage (Swift)

• Swift — объектное хранилище, предназначенное для хранения больших объемов данных. Это распределённое и масштабируемое хранилище для объектов (файлов), которое обеспечивает высокий уровень доступности и репликации данных.

• Применяется для хранения резервных копий, архивов, мультимедиа и других объектов, которые могут быть доступны через API.

5. Identity Service (Keystone)

• Keystone — это сервис аутентификации и авторизации пользователей и сервисов OpenStack. Keystone управляет пользователями, ролями, проектами (тенантами) и сервисами, предоставляя единую точку входа для всех модулей.

• Keystone также управляет API-токенами и доступом на основе ролей (RBAC).

6. Image Service (Glance)

• Glance управляет дисковыми образами, которые используются для создания виртуальных машин. Образы могут быть загружены, сохранены и развернуты на инстансах.

• Поддерживает различные форматы образов, такие как RAW, QCOW2, VDI и VMDK.

7. Dashboard (Horizon)

• Horizon — это веб-интерфейс для управления облаком OpenStack. Через Horizon пользователи могут управлять инстансами, сетями, хранилищем и другими сервисами.

• Предоставляет удобный интерфейс для конечных пользователей и администраторов.

8. Orchestration (Heat)

• Heat — сервис оркестрации, который позволяет автоматизировать развертывание и управление инфраструктурой, используя шаблоны (темплейты). С его помощью можно описать сложные структуры виртуальных машин, сетей и хранилищ.

• Работает по аналогии с AWS CloudFormation.

9. Telemetry (Ceilometer)

• Ceilometer — сервис для сбора данных о работе всех компонентов OpenStack, включая использование ресурсов (CPU, диски, сети). Эти данные могут использоваться для биллинга, мониторинга и аналитики.

• Позволяет отслеживать использование ресурсов для отчетности и расчета затрат.

10. Database as a Service (Trove)

• Trove — сервис, который предоставляет базы данных как услугу (DBaaS). Он упрощает развёртывание и управление базами данных, такими как MySQL, PostgreSQL и другие.

• Trove автоматизирует развертывание, управление и масштабирование баз данных.

11. Data Processing (Sahara)

• Sahara — сервис для управления большими данными (Big Data). Он упрощает развертывание кластеров Hadoop, Spark и других платформ для обработки данных на базе OpenStack.

• Используется для выполнения задач по обработке данных в распределённых кластерах.

12. Bare Metal Provisioning (Ironic)

• Ironic — сервис для управления физическими серверами (bare-metal). Он позволяет автоматически развертывать операционные системы на физических серверах, используя их как часть облачной инфраструктуры.

• Это удобно для тех случаев, когда нужны реальные серверы, а не виртуальные машины.

13. DNS as a Service (Designate)

• Designate — сервис для управления DNS-зонами и записями. Это позволяет организовать работу с доменными именами в облаке, автоматизируя создание DNS-записей для инстансов и других ресурсов.

14. Shared File System (Manila)

• Manila — сервис для управления файловыми системами, позволяющий предоставлять общий доступ к файловым системам для нескольких виртуальных машин. Это аналог блочных и объектных хранилищ, но для файлового уровня.

15. Key Management (Barbican)

• Barbican — сервис для управления секретами и ключами шифрования. Он обеспечивает безопасное хранение и управление секретными данными, такими как ключи шифрования, сертификаты и пароли.

16. Messaging Service (Zaqar)

• Zaqar — это сервис для организации очередей сообщений между сервисами и приложениями в OpenStack. Позволяет организовать масштабируемую и надежную передачу сообщений между компонентами приложений.

17. Container Orchestration (Magnum)

• Magnum — сервис для управления контейнерами в OpenStack. Он предоставляет возможность развертывания и управления контейнерными оркестраторами, такими как Kubernetes, Docker Swarm и Mesos, в среде OpenStack.

18. Secret Storage (Castellan)

• Castellan — библиотека для управления секретами и ключами. Это вспомогательный модуль, который часто используется другими сервисами для безопасного хранения данных.

  Полный список тут.

Ключевые отличия между OpenStack и KVM

Сведем теперь ранее озвученные тезисы в единую таблицу для лучшего усвоения материала.

источник таблицы тут.

Заключение

Здесь наверно стоит еще раз сказать что связка KVM и OpenStack — это мощный инструмент для создания частных облаков и виртуализированных инфраструктур, с достаточно большой долей использования на рынке России. Базовые понятия из данной статьи я полагаю должен знать любой начинающий сисадмин, DevOps, MLOps, прочий опс или сетевой инженер. Данная технология является востребованной в современных IT-решениях.

Скорее всего вы захотите поковырятся в ней и попробовать в тестовом режиме, здесь открывается еще один ее плюс, это удобство и достаточная простота ее разворачивания, учитываю что OpenStack модульный, можно для начала ограничится несколькими модулями.

p.s.

не смог удержаться….

Добавлю короткую пошаговую инструкцию по начальной установке OpenStack с KVM, чтобы у вас было представление о процессе настройки.

1. Установка KVM на сервер:

   sudo apt install qemu-kvm libvirt-bin virtinst

2. Установка и настройка OpenStack. Для начинающих лучшим вариантом будет использование автоматизированных инструментов, например DevStack или MicroStack:

   sudo snap install microstack --devmode --beta microstack init

3. Запуск первой виртуальной машины через панель управления Horizon (веб-интерфейс OpenStack) или с помощью CLI-команд.