基于openstack的虛擬機(jī)定時(shí)任務(wù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張梁+羅宇

摘?要：本文致力于為openstack設(shè)計(jì)一個(gè)可以設(shè)定虛擬機(jī)實(shí)例定時(shí)運(yùn)行功能的插件。該插件是基于openstack的horizon組件的功能拓展，用戶可以像以往使用horizon的dashboard的功能一樣去使用它。用戶通過這個(gè)組件可以設(shè)定每一天虛擬機(jī)運(yùn)行的起止時(shí)間，以及每周需要哪幾天運(yùn)行的周期循環(huán)時(shí)間。整個(gè)插件的設(shè)計(jì)完全遵循Django的設(shè)計(jì)原則。

關(guān)鍵詞：openstack;虛擬機(jī)定時(shí)任務(wù);horizon?dashboard;Django

Design?and?implement?the?instance?timing?running?based?on?openstack

Zhang?Liang1，?Luo?Yu2

（1.?School?of?Computer，Nation?University?of?Defense?Technology，Changsha?410073，China;2.?School?of?Computer，Nation?University?of?Defense?Technology，Changsha?410073，China）

Abstract：This?paper?contribute?to?design?a?plugin?for?openstack?to?implement?the?function?of?setting?the?time?of?some?instance's?running.The?plugin?is?designed?based?on?horizon?dashboard，the?users?can?operate?it?the?same?as?them?use?dashboard.User?not?only?could?set?the?time?of?start?and?suspend?of?some?instance?easily?by?it，but?also?choose?day?of?the?week?as?he?want.The?designing?model?follow?the?principle?of?Django?complete.

Key?words：?openstack;setting?instance?timing?running;horizon?dashboard;Django

0引言

由于云計(jì)算技術(shù)所具有的資源調(diào)配靈活，節(jié)約硬件、人員、管理成本，對(duì)于計(jì)算資源的高利用率，數(shù)據(jù)可靠性高，平臺(tái)管理的高度集約性等眾多突出優(yōu)勢(shì)，如今不僅僅是提供公有云服務(wù)的大型云服務(wù)企業(yè)，還是搭建私有云供自身使用的政企科研教學(xué)單位都對(duì)其趨之如騖。

而openstack則是為企事業(yè)單位提供云平臺(tái)的一個(gè)絕佳選擇，這主要得益于openstack是完全開源的項(xiàng)目，有諸如RedHat、HP、IBM、Rackspace、Citrix、Intel、Cisco等眾多科技領(lǐng)頭企業(yè)的鼎力支持，在技術(shù)得到保障的同時(shí)又不必?fù)?dān)心代碼會(huì)被某個(gè)獨(dú)家企業(yè)所壟斷而陷入付費(fèi)的桎梏。

openstack簡(jiǎn)介。整個(gè)openstack的架構(gòu)是一個(gè)典型的分布結(jié)構(gòu)。openstack主要由Nova，glance，Swift，keystone，horizon，cinder，?neutron?，heat等組件構(gòu)成。其中Nova負(fù)責(zé)對(duì)所建虛擬機(jī)整個(gè)生命周期的管理例如從虛擬機(jī)創(chuàng)建，虛擬機(jī)的調(diào)度分配，控制虛擬機(jī)的運(yùn)行，快照的生成，卷的管理等，主要起到了云控制器的作用，本課題也要與Nova提供的API服務(wù)打交道。glance組件則是對(duì)于鏡像存儲(chǔ)的管理。Swift提供對(duì)象存儲(chǔ)系統(tǒng)。cinder提供塊存儲(chǔ)。keystone為云主機(jī)Nova，鏡像管理glance，對(duì)象存儲(chǔ)Swift和界面horizon提供認(rèn)證服務(wù)，主要工作內(nèi)容包括對(duì)用戶信息管理（包括用戶，租戶基本信息），項(xiàng)目project的管理。登陸認(rèn)證，用戶權(quán)限管理。本課題的開發(fā)內(nèi)容就涉及到用戶身份認(rèn)證以及虛擬機(jī)認(rèn)證令牌的申請(qǐng)獲取。horizon則是則是為終端用戶（云平臺(tái)管理員和普通用戶）提供使用云平臺(tái)的界面。本課題的交互界面開發(fā)也是完全基于horizon組件的。neutron則是為虛擬機(jī)分配網(wǎng)絡(luò)。heat則是提供對(duì)于虛擬機(jī)實(shí)例上的軟件的簡(jiǎn)單的部署、配置管理功能。

普通用戶對(duì)于openstack的功能使用一般都會(huì)通過horizon組件提供的dashboard（如圖1）界面去獲得，dashboard就充當(dāng)了openstack提供給普通用戶的UI。從dashboard中可以找到一些對(duì)于openstack的基本操作，如創(chuàng)建虛擬機(jī)，編輯虛擬機(jī)，啟動(dòng)、停止虛擬機(jī)，給虛擬機(jī)做快照等等，但是缺乏定時(shí)運(yùn)行虛擬機(jī)的功能。在虛擬機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，具體某個(gè)實(shí)例的運(yùn)行時(shí)段是跟使用虛擬機(jī)人員的工作作息時(shí)間或者虛擬機(jī)的使用計(jì)費(fèi)時(shí)段密切相關(guān)，例如說某人早上8點(diǎn)開始上班需要啟動(dòng)若干虛擬機(jī)，等到下午6點(diǎn)下班后對(duì)其的使用就結(jié)束了，但是第二天還得接著當(dāng)天的工作繼續(xù)進(jìn)行——也就是說當(dāng)天的工作現(xiàn)場(chǎng)還得繼續(xù)保留以待第二天繼續(xù)使用，事實(shí)上這里還有另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，由于虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)間受制于本地磁盤性能（如果是遠(yuǎn)程啟動(dòng)更要受制于帶寬限制），如果實(shí)例較大往往需要較長(zhǎng)的等待時(shí)間，所以使用者可以提前設(shè)置虛擬機(jī)啟動(dòng)，使用者進(jìn)入工作現(xiàn)場(chǎng)時(shí)候就直接能夠使用，這樣是用戶體驗(yàn)得到明顯改善。云平臺(tái)下的某些租用計(jì)費(fèi)方式一般是按量、按時(shí)計(jì)費(fèi)——也就說是按照使用虛擬資源的多少以及占用計(jì)算存儲(chǔ)資源時(shí)長(zhǎng)來計(jì)費(fèi)的。企業(yè)個(gè)人在某些時(shí)段可能就不需要使用虛擬機(jī)，這個(gè)時(shí)候選擇將其停止，運(yùn)行實(shí)例退出內(nèi)存，運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)保留到磁盤中騰出了運(yùn)行資源也退出了計(jì)費(fèi)狀態(tài)。

圖（1）

從以上列舉分析的案例可以看出，為openstack設(shè)計(jì)開發(fā)虛擬機(jī)定時(shí)任務(wù)功能很有實(shí)際意義，本文就是著力詳細(xì)解析決基于openstack虛擬機(jī)定時(shí)任務(wù)的完整方案。

1軟件需求分析

1.1人機(jī)交互需求

openstack本身的交互方式的架構(gòu)為典型的B/S架構(gòu)。用戶通過瀏覽器訪問horizon組件內(nèi)置的web服務(wù)器，web服務(wù)器提供的一個(gè)訪問界面被稱作dashboard，dashboard提供了各種對(duì)于openstack的操作，這些操作大致分類為：對(duì)于鏡像的操作，對(duì)于虛擬機(jī)的操作，對(duì)于卷的操作，網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置，域及用戶權(quán)限的設(shè)置。顯然，為了交互的一致性、跟便捷性，新增的“虛擬機(jī)定時(shí)任務(wù)”功能應(yīng)該放在與對(duì)虛擬機(jī)操作的按鈕列表欄（如圖2所示）。為了在點(diǎn)擊設(shè)置定時(shí)任務(wù)按鈕后，將會(huì)彈出一個(gè)時(shí)間設(shè)置頁面（如圖3所示），讓用戶通過點(diǎn)擊下拉列表去設(shè)置啟、停的時(shí)間。對(duì)于“星期幾”運(yùn)行的設(shè)置，由于星期是全排列的復(fù)選組合方式，所以設(shè)置選取“星期幾”的時(shí)候則使用復(fù)選框。為了保持風(fēng)格的一致性，使用的對(duì)話框、下拉列表與復(fù)選框均與dashboard使用的一致

圖（2）

圖（3）

1.2數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?/p>

web前端的用戶數(shù)據(jù)主要有四類：（1）用戶ID信息以及所屬于工程及域。（2）虛擬機(jī)實(shí)例的信息，主要包括實(shí)例ID號(hào)，空間大小，系統(tǒng)類型等。（3）用戶輸入的啟動(dòng)時(shí)間信息，主要包括啟動(dòng)以及停止實(shí)例的時(shí)（24小時(shí)制）、分，以及星期一至星期天復(fù)選項(xiàng)等信息。（4）確認(rèn)信息的數(shù)據(jù)傳輸，按下確認(rèn)按鈕后的信息的的傳輸。

1.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求

web前端的用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器后臺(tái)之后，一些重要的數(shù)據(jù)如登陸用戶信息、使用虛擬機(jī)實(shí)例的信息、用戶定時(shí)信息、用戶操作日志、組件出錯(cuò)信息都要被存儲(chǔ)。

1.4業(yè)務(wù)功能需求

本組件要完成的功能主要有：（1）虛擬機(jī)運(yùn)行任務(wù)的定時(shí)。（2）定時(shí)任務(wù)到點(diǎn)后對(duì)于啟動(dòng)或者停止虛擬機(jī)腳本的觸發(fā)。（3）啟動(dòng)、停止虛擬機(jī)腳本。

2技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案

從上一部分需求分析的結(jié)論我們可以將整個(gè)軟件的分為“人機(jī)交互模塊”跟“任務(wù)處理模塊”，“人機(jī)交互模塊”主要提供人機(jī)交互UI界面跟界面上數(shù)據(jù)的傳遞，而“任務(wù)處理模塊”則是接收處理從web前端傳遞來的數(shù)據(jù)，完成業(yè)務(wù)邏輯。

2.1人機(jī)交互模塊的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

openstack是由horizon組件來提供一個(gè)命名為dashboard的基于網(wǎng)頁交互界面。整個(gè)dashboard是在Django框架下設(shè)計(jì)開發(fā)的，很顯然新增的業(yè)務(wù)功能必須在同樣的框架下開發(fā)。Django本身推崇“MTC模式”，在所謂“MTC模式”中M（model）代表數(shù)據(jù)據(jù)訪問部分，通過Django的數(shù)據(jù)庫(kù)層處理?;T（template）選擇數(shù)據(jù)并決定怎樣呈現(xiàn)的部分，通過視圖和模板來處理?;C（control）控制部分通過Django框架本身的URL配置和對(duì)Python方法的調(diào)用來處理?。其中“C”是Django框架本身提供的機(jī)制來處理，而Django的重點(diǎn)就在于模型，模板和視圖。

2.1.1設(shè)置頁面的按鈕設(shè)計(jì)

dashboard本身就是在MTC模式下高度面向?qū)ο蠡O(shè)計(jì)的，且采取自頂向下的設(shè)計(jì)風(fēng)格。從繼承關(guān)系看分為：Dashboard?→?PanelGroup?→?Panel這樣三層關(guān)系。Horizon中現(xiàn)有的dashboard有4個(gè)，分別是project?——普通用戶登陸后看到的項(xiàng)目面板;admin?——管理登陸后可見，左側(cè)的管理員面板;settings?——右上角的設(shè)置面板，里面可設(shè)置語言，時(shí)區(qū)，更改密碼;router（配置文件中將profile_support打開可見），ciso?nexus?1000v的管理面板。每一個(gè)dashboard都是django中的一個(gè)app，django中的app可以理解成對(duì)業(yè)務(wù)邏輯模塊化的一種手段，里面可以包含自己獨(dú)有的url設(shè)定，模板，和業(yè)務(wù)邏輯代碼。每個(gè)dashboard下定義了一系列的PanelGroup，虛擬機(jī)管理對(duì)應(yīng)到界面上就是一個(gè)PanelGroup（Manage?Compute），?而這個(gè)PanelGroup里面有一系列的子panel（例如：Overview，?Instances，?Volumes…）。而我們要新增的虛擬機(jī)定時(shí)任務(wù)的啟動(dòng)按鈕就是要放在這個(gè)Instances這個(gè)子panel上面。如圖4所示，在instances這個(gè)panel上面就出現(xiàn)了諸如解除浮動(dòng)IP的綁定、編輯云主機(jī)、編輯安全組、控制臺(tái)、查看日志、停止云主機(jī)等選項(xiàng)，設(shè)置虛擬機(jī)定時(shí)任務(wù)時(shí)間按鈕置于最下方。要往panel上添加按鈕必須在horizon/openstack_dashboard/dashboards/project/instances目錄下的tables.py文件里添加一個(gè)類，我們命名它為SetTime類，由于這個(gè)按鈕是一個(gè)鏈接性質(zhì)的，這個(gè)類必須從tables.LinkAction繼承，SetTime類必須具有指代名（name），詳細(xì)名（verbose_name，用于顯示時(shí)候的名稱），以及url（用于標(biāo)示這個(gè)按鈕的位置）三個(gè)必須的私有屬性。對(duì)于name這個(gè)屬性我們可以賦予settime（可閱讀性好）。verbose_name賦予Set?Instance?Lanuch?Time，這個(gè)名稱將會(huì)顯示在instance的panel上。URL則被賦予“horizon：project：instances：settime”。還有一個(gè)鏈接指示函數(shù)，通常命名為get_link_url（），這個(gè)函數(shù)是告訴Django去尋找并解析這個(gè)url的路徑值，作用就是找到“Set?Instance?Lanuch?Time”按鈕指向的頁面。還必須在同文件中一個(gè)Meta類中注冊(cè)SetTime這個(gè)按鈕，將其寫進(jìn)row_actions這個(gè)元組當(dāng)中去，這樣這個(gè)按鈕的圖標(biāo)才能被顯示出。

2.1.2設(shè)置對(duì)話框的設(shè)計(jì)

接著要設(shè)計(jì)出按鈕觸發(fā)的設(shè)計(jì)時(shí)間的對(duì)話框。對(duì)話框必須有起止的時(shí)間，星期數(shù)，確定的按鈕。如圖6所示。Django遵循MTC設(shè)計(jì)模式，視圖的內(nèi)容（被稱為context）均由模板來修飾。對(duì)話框就是一個(gè)典型的視圖，要設(shè)計(jì)這個(gè)視圖首先必須有一個(gè)視圖類（這里我們命名為：SetTimeView），這個(gè)類當(dāng)中有幾個(gè)必須的私有屬性，一個(gè)唄命名為from_class，它必須去繼承一個(gè)設(shè)計(jì)好的視圖。另一個(gè)屬性則是模板名字template_name，這個(gè)私有屬性獲得模板的路徑。另外還有個(gè)被命名為success_url的屬性，它的作用當(dāng)你點(diǎn)擊上文提到的“確定”按鈕時(shí)候服務(wù)器就會(huì)去根據(jù)success_url的值去尋找視圖。除了以上三個(gè)必須的私有屬性外還必須有一個(gè)獲取模板所修飾的對(duì)象——上下文——context的函數(shù)，這個(gè)函數(shù)主要作用就是獲取模板修飾的上下文。

接下來就是設(shè)計(jì)下拉條（設(shè)置時(shí)間），復(fù)選框（設(shè)計(jì)星期）跟確認(rèn)按鈕這些UI組件。首先必須在找到horizon/openstack_dashboard/dashboards/project/instances這個(gè)文件夾，進(jìn)入forms.py文件，下拉列表選用ChoiceField插件，只需在ChoiceField屬性內(nèi)填充一個(gè)label為欲設(shè)計(jì)的下拉列表的標(biāo)題名稱，以及窗口名字的設(shè)置class為‘set?time即可，其他可以使用默認(rèn)參數(shù)。例如設(shè)計(jì)哪個(gè)小時(shí)啟動(dòng)的下拉列表，LaunchHour?=?forms.?ChoiceField（label=_（"hour"），widget=fields.SelectWidget（attrs={'class'=：'set?time'}，data_attrs=（'size'，'display-name'），transform=_image_choice_title））。同法設(shè)置其他時(shí)間選取下拉列表。再來設(shè)計(jì)星期幾的復(fù)選框，復(fù)選框使用MultipleChoiceField插件

，在其choice參數(shù)賦予子選項(xiàng)所組成的元組，如choices=list_choices，?list_choices?=?（（'1'，?Monday），（'2'，'Tuesday'），（'3'，'Wednesday'），（'4'，'Thursday'），（'5'，'Friday'），（'6'，'Saturday'）?，（'7'，'Sunday'））。用request.REQUEST.getlist函數(shù)去取的選中的值。最后還要設(shè)計(jì)一個(gè)HTML文件。由于horizon高度模塊化的設(shè)計(jì)，視圖函數(shù)與HTML文件是分離的，這樣視圖函數(shù)就會(huì)比較靈活能隨時(shí)替換以及修改，這里需要在HTML文件設(shè)計(jì)一下任務(wù)時(shí)間彈出設(shè)置框網(wǎng)頁的網(wǎng)頁標(biāo)題，顯示方式，以及一個(gè)“確認(rèn)”按鈕即可。到此整個(gè)組件的網(wǎng)頁的UI部分設(shè)計(jì)完畢。

2.2數(shù)據(jù)傳輸模式

在這里要處理的數(shù)據(jù)傳輸主要是前段的用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖颂幚怼．?dāng)前段用戶數(shù)據(jù)設(shè)定完成后，按下“確定”按鈕會(huì)觸發(fā)一個(gè)post函數(shù)方法將數(shù)據(jù)打包經(jīng)由HTTP協(xié)議發(fā)送至后端，后端的get方法會(huì)得到這些數(shù)據(jù)并交由相應(yīng)的模塊處理

2.3后臺(tái)業(yè)務(wù)邏輯處理

圖（4）

后臺(tái)的業(yè)務(wù)流程如圖4所示。用戶前端網(wǎng)頁的數(shù)據(jù)傳給定時(shí)器，定時(shí)器設(shè)置自身的數(shù)據(jù)設(shè)置計(jì)時(shí)，時(shí)間到點(diǎn)后去觸發(fā)啟動(dòng)/停止腳本，與此同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)還會(huì)將用戶的數(shù)據(jù)（用戶ID，每個(gè)ID下對(duì)應(yīng)的實(shí)例，定時(shí)信息）以及操作的行為記錄下來。

2.3.1定時(shí)器的設(shè)計(jì)說

openstack目前只能安裝在Linux內(nèi)核系列的系統(tǒng)上，在常見的Linux內(nèi)核系統(tǒng)（如Ubuntu，RedHat，centos，federal等）一般都有一個(gè)非常實(shí)用的定時(shí)組件叫crontab。crontab可以較為方便、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)定時(shí)任務(wù)執(zhí)行。使用crontab分為兩步：1、只需將諸如“*?*?*?*?*?something.py”的文本寫入一個(gè)文件，其中五個(gè)*符號(hào)順序依次代表分鐘（0-59）、小時(shí)（0-23）、日期（1-31）、月份（1-12）、星期幾（0-6），最后面的something.py文件代表要去執(zhí)行的命令或者程序（可以使多條命令或者程序），當(dāng)然對(duì)時(shí)間的設(shè)置其實(shí)有相當(dāng)大的靈活性，比如可以進(jìn)行幾個(gè)小時(shí)或者分鐘的間隔設(shè)置，可以指定某段時(shí)間執(zhí)行，本文在此就不詳細(xì)敘述。2、執(zhí)行crontab?something.py文件定時(shí)任務(wù)即可生效。這里還有一個(gè)問題，就是這個(gè)crontab文件由誰，如何去產(chǎn)生，其實(shí)完全可以把這個(gè)任務(wù)交給之前的SetTimeForm類里去編碼執(zhí)行，這個(gè)類的作用原本是設(shè)計(jì)彈出設(shè)置時(shí)間的頁面，在這個(gè)類里有個(gè)handle（）函數(shù)，這個(gè)函數(shù)起到兩個(gè)非常重要的作用，一是向其他文件構(gòu)共享出用戶設(shè)置的時(shí)間變量，起到通信作用。二是向需要生成crontab文件注入啟動(dòng)/停止的時(shí)間周期以及到時(shí)間點(diǎn)需要執(zhí)行的腳本。

2.3.2啟動(dòng)/停止腳本

現(xiàn)在來現(xiàn)對(duì)于虛擬機(jī)實(shí)例的啟動(dòng)/停止（這里的停止是將其整個(gè)虛擬機(jī)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)保存至硬盤，在虛擬機(jī)監(jiān)視器看來并沒有真的停止它），要自己通過代碼去控制一個(gè)虛擬機(jī)的啟動(dòng)/停止有兩種途徑，一種是通過openstack官方給出API函數(shù)接口去實(shí)現(xiàn)，使用的方法是：首先必須使用你的證書來認(rèn)證來獲取authentication?token。證書包含了用戶名、密碼和tenant（項(xiàng)目）。而這個(gè)證書則可以通過curl+租戶名+用戶名+密碼+本機(jī)ip地址去獲得（具體格式參考o(jì)penstack官網(wǎng)）。token允許你不需要再次認(rèn)證就能和其他的service?endpoints交互。Tokens通常只有24小時(shí)的生命期，當(dāng)token過期后，你將會(huì)收到一個(gè)401（未被授權(quán)的）響應(yīng)，這時(shí)候必須重新請(qǐng)求一個(gè)token。利用這個(gè)token就可以去使用openstack的服務(wù)，停止虛擬機(jī)的命令如下：nova?suspend?--flavor?2?--key_name?oskey?--image?ea3ffba1-065e-483f-bfe2-c84184ee76be（這串字符為image的id）。第二種方法是通過novaclient提供的命令行工具去執(zhí)行命令。具體做法如下：從openstack本身提供的novaclient.v1_1模塊import一個(gè)client包創(chuàng)建并且初始化一個(gè)nt=client.Client（"用戶名"，"密碼"，"站點(diǎn)IP地址"），調(diào)用nt的servers的屬性方法nt.servers.suspend（"虛擬機(jī)實(shí)例的ID"）即可。同上理，執(zhí)行這個(gè)命令暫時(shí)借用超級(jí)管理員身份。

這里要注意一個(gè)問題，對(duì)于虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)間的設(shè)置的用戶的身份一般都是普通用戶，而普通用戶很可能（取決于該用戶所屬于租戶所賦予的角色權(quán)利，但是普通用戶往往權(quán)限較低）是不能直接去使用某些服務(wù)，為了統(tǒng)一、簡(jiǎn)潔的解決這個(gè)問題，在啟動(dòng)/停止腳本中暫時(shí)借用admin身份去使用某些服務(wù)

3總結(jié)

本文致力于為openstack設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬機(jī)定時(shí)任務(wù)組件，本組件基于horizon項(xiàng)目，完全遵循Django的設(shè)計(jì)開發(fā)模式，能輕易滿足具備openstack使用經(jīng)驗(yàn)用戶的習(xí)慣。設(shè)計(jì)完畢后通過在自己實(shí)驗(yàn)室openstack的部署環(huán)境下試用測(cè)試，運(yùn)行穩(wěn)定未發(fā)現(xiàn)BUG。