OpenStack. Proseminar: Software Engineering in der Cloud Fakultät für Informatik Technische Universität Dortmund. Jörn Esdohr

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1 OpenStack Proseminar: Software Engineering in der Cloud Fakultät für Informatik Technische Universität Dortmund Jörn Esdohr Betreuer: Prof. Dr. Jakob Rehof Boris Düdder 8. November 2012

2 OpenStack OpenStack ist eine Open Source Cloud Plattform, die 2010 als gemeinsames Projekt der Nasa und Rackspace gestartet wurde. 1 Heute wird die Entwicklung durch die OpenStack Foundation koordiniert, unterstützt von über 150 Unternehmen und einer großen Open Source Entwickler-Community. Das Ziel ist, mit OpenStack einen offenen Cloud-Standard zu etablieren, der kostengünstige Cloud-Lösungen ermöglicht, die personalisierbar sind, sowie hohe Skalierbarkeit und Verlässlichkeit bieten. [23] [1] [2] Architektur der OpenStack Cloud Plattform OpenStack stellt Infrastructure as a Service (IaaS) bereit, indem es Cloud-Funktionen auf einzelne Kerndienste verteilt. Im Folsom Release 2 existieren sieben dieser Dienste (Core Projects) 3, deren Funktionsweisen im Folgendem genauer erläutert werden. [10] Nova Compute Service Nova ist eine zentrale Komponente in OpenStack. Der Dienst bietet Schnittstellen um die Server-Instanzen zu verwalten, die in der OpenStack Cloud ausgeführt werden. Server-Instanzen sind virtuelle Maschinen, die über Nova mit zwei Attributen konfiguriert werden: 1. Flavour: Eine Konfiguration von Hardwareeinstellungen, welche bestimmt wie viel Festplattenspeicher, RAM und welche CPU Priorität einer Server-Instanz zugeordnet wird. 2. Image: Abbild einer Anwendungs-Installation (z.b. Betriebssystem). Zur einfachen Verwaltung von Server-Instanzen, werden diese in sogenannten Tenants gruppiert. Über Quota wird bestimmt wie viele Server-Instanzen, IP Adressen, virtuelle CPUs und virtuelle Datenträger einem jeweiligen Tenant zugeordnet werden darf. [19, S. 5] Glance Image Service Nova ist eng verknüpft mit dem Image Service Glance. Dieser Dienst bietet Schnittstellen um Server-Abbilder zu speichern und zu verwalten. [4] Swift Object Storage Swift ist ein Datenspeicher als verteiltes System, bestehend aus mehreren Teildiensten, die Datenverfügbarkeit, -konsistenz und -integrität gewährleisten. HTTP-Schnittstellen werden bereitgestellt, um auf die Dateien zugreifen zu können. [16, S. 6] [13] [12] [15] 1 das OpenStack Projekt wird unter der Apache 2.0 Lizenz vertrieben 2 siehe Abbildung 1 für eine Übersicht aller OpenStack Versionen 3 siehe Abbildung 2 für eine graphische Übersicht der OpenStack Servicestruktur 1

3 Cinder Block Storage Cinder verwaltet virtuelle Datenträger (Volumes), mit denen große Datenmengen für performancekritische Anwendungen (z.b. Datenbanken) gespeichert werden können. Über Nova werden diese in virtuelle Laufwerke von Server-Instanzen eingebunden. Daten in Volumes bleiben auch nach Server-Termination bestehen und erlauben spätere Weiterverarbeitung, jedoch können Volumes jederzeit nur von einer einzigen Instanz genutzt werden. [18, S. 9][13] Quantum Network Service Als Netzwerkdienst bietet Quantum Werkzeuge, um komplexe Netzwerktopologien zu erstellen (z.b. virtuelle (Sub-)Netzwerke, private Netzwerke, VPNs oder Firewalls). [21, S. 11][11] Keystone Identity Service Über Keystone werden Schnittstellen-Anfragen an die OpenStack-Dienste authentifiziert. Wichtige Konzepte des Identity Services sind: Tenants, die, als Container, Ressourcen und Objekte gruppieren. [17, S. 2] Users, die Tenants zugeordnet werden können. Personen können sich mit Benutzername und Passwort (Credentials) einloggen. Über Rollen werden verschiedene Administrationsrechte zugeteilt (z.b. Administrator, Endbenutzer, etc.). [17, S. 1] Tokens, temporäre Authentifizierungs-Strings, die bei API-Anfragen mitgesendet werden. Tokens beschreiben, zu welchen OpenStack-Ressourcen 4 der Benutzer Zugriffsrechte besitzt. [17, S. 1] Endpoints, die festlegen unter welchen Netzwerkadressen welche Dienste erreichbar sind (Beispiel: Keystone mit Endpoint ). [17, S. 2] Horizon Dashboard Horizon bietet zur einfachen Bedienung der OpenStack Cloud einen abstrahierten Zugang zu den Schnittstellen in Form eines erweiterbaren graphischen Web Interfaces. [5] [6] Client-Server-Interaktion in OpenStack Das OpenStack API ist als RESTful Web Service implementiert. API-Anfragen wenden eine von vier HTTP-Methoden (GET, POST, PUT, DELETE) auf die OpenStack-Zielressource an, um Informationen zu erhalten, die Ressource zu ändern, zu löschen oder eine neue zu erzeugen. Als OpenStack-Ressourcen werden Schnittstellen, Objekte und Strukturelemente 4 für Informationen zu OpenStack-Ressourcen, siehe Abschnitt Client-Server-Interaktion in OpenStack 2

4 bezeichnet, die über das REST-API zugänglich gemacht werden. 5 REST-URIs von Ressourcen, an die Anfragen gesendet werden, bestehen aus dem Endpoint des Zieldienstes und dem Pfad der Ressource. 6 [20] Methoden zur Kommunikation mit dem OpenStack API Da das API auf HTTP-Requests basiert, existieren zahlreiche Möglichkeiten mit diesem zu kommunizieren: HTTP-Requests: Anfragen können mit beliebigen Werkzeugen versendet werden, die auch das HTTP-Protokoll unterstützen. Python Client API : Ein Python-Framework aus Klassen, das objektorientierten Zugang zu den OpenStack Schnittstellen bietet. [14] Command Line Interface (CLI): Ein Kommandozeilenwerkzeug, welches das Python Client API implementiert. [7] [8] Horizon Dashboard: Schnittstellenzugang über ein graphisches Benutzerinterface. Beispiel: Erzeugung eines Tokens durch Keystone Abbildung 4 zeigt beispielhaft die Erzeugung eines Tokens mit Hilfe des Kommandozeilenwerkzeuges curl, indem ein POST-Request an die Token-Ressource gesendet wird. Bei erfolgreicher Anfrage, sendet Keystone eine Antwort (Abbildung 5) mit Details zum erzeugten Token, wie Verfallsdatum und Token ID, zurück. Diese ID kann nun zur Authentifizierung bei weiteren Anfragen verwendet werden. OpenStack als Cloud Lösung Die freie Verfügbarkeit der OpenStack Software ermöglicht es praktisch jedem, seine eigene Cloud zu erstellen. OpenStack benötigt keine speziellen Server und kann daher kostengünstig auch auf Standardhardware eingesetzt werden. [18, S. 16] Die Offenheit der Codebasis, sowie Schnittstellenkompatibilität zu anderen Cloud-Diensten, wie Eucalyptus, Amazon EC2 und CloudStack, erlauben es, mit OpenStack benutzerorientierte Cloud-Lösungen zu erstellen und um eigene Funktionen beliebig zu erweitern. [3] OpenStack ist in seiner frühen Entwicklungsphase zwar noch nicht bereit für den Endverbrauchermarkt, bestehend aus kleinen und mittelständischen Unternehmen, jedoch, dank der hohen Projektdynamik und breiter Unterstützung durch große Service Provider, wird Open- Stack sich dennoch gegen die Konkurrenz behaupten können. Es bleibt somit abzuwarten abzuwarten, ob es gelingt, einen offenen Cloud-Standard zu etablieren. [1] 5 siehe Abbildung 6 für eine Übersicht der wichtigsten OpenStack Ressourcen 6 siehe Abbildung 3 für Beispiele von Ressourcen-Pfaden 3

5 Abbildungsverzeichnis 1 Übersicht der OpenStack Versionen Übersicht der OpenStack Servicestruktur Ressourcen-URI Beispiele Request für Token-Erzeugung mit curl Response zur Token-Erzeugung mit curl Übersicht der wichtigsten OpenStack Ressourcen Literatur [1] OpenStack community Q&A. URL: openstack-faq/. Abrufdatum: [2] The OpenStack foundation. URL: Abrufdatum: [3] OpenStack LLC. EC2 API comparison matrix. URL: Nova/APIFeatureComparison. Abrufdatum: [4] OpenStack LLC. Glance documentation. URL: developer/glance/. Abrufdatum: [5] OpenStack LLC. Horizon: The OpenStack Dashboard Project. URL: docs.openstack.org/developer/horizon/#getting-started-with-horizon. Abrufdatum: [6] OpenStack LLC. Introducing Horizon. URL: developer/horizon/intro.html. Abrufdatum: [7] OpenStack LLC. Nova CLI client: python-novaclient. URL: openstack/python-novaclient. Abrufdatum: [8] OpenStack LLC. OpenStack API quick start. URL: api/quick-start/content/index.html#setting-up-python-novaclient. Abrufdatum: [9] OpenStack LLC. OpenStack API reference. URL: Abrufdatum: [10] OpenStack LLC. OpenStack Folsom release. Press release. URL: openstack.org/software/folsom/press-release. Abrufdatum:

6 [11] OpenStack LLC. OpenStack Networking - Quantum. URL: org/quantum. Abrufdatum: [12] OpenStack LLC. OpenStack object storage - Swift. URL: org/swift. Abrufdatum: [13] OpenStack LLC. OpenStack storage. URL: openstack-storage/. Abrufdatum: [14] OpenStack LLC. Python Glance API. URL: python-glanceclient/. Abrufdatum: [15] OpenStack LLC. Swift architectural overview. URL: Nova/APIFeatureComparison. Abrufdatum: [16] OpenStack LLC. OpenStack Install and Deploy Manual - Ubuntu, trunk ( ) edition, [17] OpenStack LLC. OpenStack Identity Starter Guide: Identity Service Concepts, trunk ( ) edition, [18] OpenStack LLC. OpenStack Compute Administration Manual, trunk (sep 17, 2012) edition, [19] OpenStack LLC. OpenStack Compute Developer Guide, API v2 ( ) edition, [20] Alex Rodriguez. RESTful web services: The basics. URL: developerworks/webservices/library/ws-restful/. Abrufdatum: [21] Dan Wendlandt. Intro to OpenStack Quantum. Präsentation, Bay Area OpenStack Meetup. URL: openstack-quantum-intro-os-meetup Abrufdatum: [22] OpenStack Wiki. OpenStack releases. URL: Abrufdatum: [23] Wikipedia. OpenStack Wikipedia Artikel. URL: php?title=openstack&oldid= Abrufdatum:

7 Abbildung 1: Übersicht aller OpenStack Versionen und ihrer enthaltenen Core Projects. Quelle: OpenStack Wiki [22] Abbildung 2: Übersicht der OpenStack Servicestruktur mit den sieben Core Projects. v2/token v2/{tenant_id}/servers/{server_id}/action v2/images/ v2/images/{image_id} v2/flavors v2/flavors/{flavor_id} v2/{tenant_id} v2/{tenant_id}/os-quota-sets/{tenant_id} v1.1/{tenant_id}/os-volumes/{volume_id} v1/{account}/{container}/{object}... Abbildung 3: Beispiele von Pfaden, die auf OpenStack-Ressourcen verweisen. Pfadelemente in geschweiften Klammern werden durch entsprechende IDs der Ressourcen ersetzt, mit denen kommuniziert werden soll. [9] 6

8 Abbildung 4: Beispiel eines Requests zur Erzeugung eines Tokens mit dem Kommandozeilenwerkzeug curl: Ein POST-Request wird an Keystone gesendet, um ein Token zu erzeugen. Zur Identifikation mit dem Identity Service sind Benutzername und Passwort als Parameter in JSON angegeben. Abbildung 5: Teil einer Server-Response: Ein Token wurde erfolgreich erzeugt und Informationen werden in JSON zurück gesendet. Nova: Server, Server Action, Flavor, Image, Quota, Floating IP, Keypair, Security Group, DNS Einträge Glance: Image Swift: Object, Container, Account Cinder: Volume Quantum: Netzwerke, Subnetzwerke, Netzwerk-Ports Keystone: User, Credentials, Rollen, Tenant, Endpoint Abbildung 6: Übersicht der wichtigsten OpenStack Ressourcen und Angabe, durch welchen OpenStack Service diese verwaltet werden. Eine vollständige Übersicht ist über die OpenStack API Referenz erhältlich. [9] 7