中小企业OpenStack云平台高可用技术研究与实现
随着网络技术的快速发展，中小企业私有化云平台建设日益迫切，用户对云平台在稳定方面提出了更高的要求。保证云服务的高可用性，就是保证用户业务的连续性。企业自身的私有云出现问题，则会导致公司运营瘫痪，损失将会更大。中小企业的私有云更需要稳定可靠，对私有云高可用研究更加迫切。
近年来，针对不同OpenStack云平台提出了多种系统高可用解决方案。有控制节点采用Keepalived+haproxy实现平台的双活模式高可用[1]，也有采用pacemaker+corosysnc实现主从模式高可用[2]。这些方案虽然实现了云平台控制节点的高可用，但是在物理网络方面和存储方面的高可用有很多不足。对于中小企业来说，后期运维成本过高。
为了实现OpenStack云平台的高可用性，从硬件、软件和策略等多方面进行分析和设计，提出了一套基于Keepalived+多网卡绑的解决方案提高OpenStack云平台的高可用性。
1 云平台高可用性基本原理
云计算分为SaaS，PaaS，IaaS三大服务模式，即软件即服务、平台即服务和基础即服务。OpenStack是由RackSpace和NASA共同开发的云计算平台，帮助服务商和企业内部实现类似亚马逊EC2和S3的云基础架构服?眨?属于IAAS服务模式。
高可用性（High Availability，HA）用来描述一个系统经过专门的设计，以减少停工时间，而保持其服务的高度可用性[3]。
HA分为两类：（1） Active/Passive HA，称为主备集群模式，备用节点处于监听和备份模式，故障发生时及时切换，替代主设备提供服务。（2） Active/Active HA，称为双主集群模式，集群中节点互备互援，每个节点都提供服务[4]。
2 高可用云平台设计与实现
控制节点高可用集群提供控制节点中各个服务的高可用性，保障对整个集群管理能力的正常运行。
2.1 控制节点高可用集群
控制节点中所运行的OpenStack服务都是无状态的，各个组件之间只依赖消息队列进行通信[3]。OpenStack的keystone，glance，nova，neutron和horizon通过keealived提供虚拟IP （VIP）来实现高可用，并对外提供服务。Mariadb和Rabbitmq直接在两台控制节点上搭建双主集群。故对控制节点高可用集群采用双机热备模式。
2.1.1 Keepalived
Keepalived是一个实现多机热备的软件。通过利用Keepalived所提供的的浮动IP功能，就可以简单实现一个多机热备高可用功能。主节点和备节点对外表现为一个虚拟IP，主节点会发送特定的消息给备节点，当备节点收不到这个消息时（此时主节点不可用），备节点会接管虚拟IP继续提供服务[5]。
首先，在主节点和备节点安装Keepalived软件及相关依赖包。在两个节点中的Keepalived.conf文件中添加和修改选项，确定VIP。格式如下：
virtual_ipaddress {VIP的具体IP地址）
在主节点中确定主节点和优先级，在备用节点中确定备用节点和优先级，格式如下：
vrrp_instance VI_1{
state MASTER（备用节点改为：BACKUP）
priority 100（备用节点改为：90）
）
完成配置之后，在数据库和消息队列集群搭建完成之后，在配置文件加入关于数据库和消息队列的配置选项。
2.1.2 数据库和消息队列的双主集群
Mariadb双活集群中的每一台节点既是Master，又是另一节点的Slave。这样，任何一方所做的变更，都会通过复制应用到另外一方的数据库中。在两个节点的配置文件中修改或者增加这些配置：server-id；启用中继日志和二进制日志；修改起始值和步长，以避免在Mariadb自动为INSERT语句选择互相冲突的值；在Mariadb的命令行中执行如下命令：创建有复制权限的用户。当上述配置完成后，相互指定对方为自己的主服务器，并启动服务器复制进程。
Rabbitmq集群模式大概分为3种：单一模式、普通模式和镜像模式。本设计中的集群模式采用镜像模式，可以解决普通模式出现的问题（当主节点出现故障，功能就无法实现）。同时与普通模式的不同之处在于消息实体会主动在镜像节点间同步，而不是用户取数据时临时拉取。
集群中分为两类节点：内存节点和磁盘节点。内存节点，一般只保存状态到内存中，这样执行效率高，但是不易保存。磁盘节点，保存状态到内存和磁盘中，这样更可靠。本设计采用节点为磁盘节点的镜像模式集群。
2.2 物理网络的高可用
平台系统中的物理网络是由网卡、网线和交换机等构成的。网卡作为节点之间数据交换的唯一出口，节点上的网卡损坏、网卡失效、网络电缆中断，都会导致节点之间的连接失败，造成云平台系统瘫痪。多网卡链路绑定策略（Mulitiple Network Channel Bonding，MNCB）能够提高物理网络的高可用性。通过网卡绑定，将多块网卡虚拟成一块逻辑网卡进行工作，自动分担负载。将各网卡合成在一起为各个网段共同提供高带宽的服务。当其中一块物理网卡出现故障时，其他物理网卡可以快速承担故障网卡的工作，保障整个工作流程的延续，既可以提升主机的网络吞吐量，又提供了网络的高可用性[6]。
2.3 测试
本文采用2台控制节点，2台计算节点。各节点配置双网卡，管理网络为192.168.0.0/24。所有节点安装的操作系统为Centos7.1-Server，OpenStack版本为Kilo。
对该云平台的高可用性性能进行测试，具体测试步骤及结果如下。
（1）关闭任意一台控制节点，测试确认控制节点相关服务组件、mariadb和rabbitmq均能提供正常服务，然后测试计算节点和存储节点。
（2）断开云平台任一节点的任意一条网线，此时OpenStack云平台能正常工作。
通过以上2个实验得出，此高可用性方案可以对单点故障进行检测和处理，实现了OpenStack云平台的高可用服务。
3 结语
采用了Ke ep alived模式设计的控制节点集群为OpenStack云平台实现服务的高可用提供便利。随着公司的业务发展，OpenStack云平台规模也会扩大，其中的虚拟机量和数据量都会增加。如果加入Ceph集群的高扩展性并在后期增加osd和节点，可以更好地提高OpenStack云平台的高可用性。
