openstack nova 源码解析 — Nova API 执行过程从(novaclient到Action)

2016-08-03 860

Nova API

Nova API 是访问、使用 Nova 各组件服务的唯一途径，作为 novaclient 和 Nova services 之间的中间层。Nova API 需要保证高度的稳定性，所以这些 API 的名称和返回的数据结构都不能轻易的改变。

Nova API 的目录结构：

.
|-- ec2
|-- metadata
|-- openstack
|   |-- __init__.py
|   |-- api_version_request.py
|   |-- auth.py
|   |-- common.py
|   |-- compute
|   |-- extensions.py
|   |-- rest_api_version_history.rst
|   |-- urlmap.py
|   |-- urlmap.pyc
|   |-- versioned_method.py
|   |-- wsgi.py
|-- opts.py
|-- sizelimit.py
|-- validation
|   |-- __init__.py
|   |-- parameter_types.py
|   |-- validators.py
|-- validator.py

ec2 | metadata | openstack 这三个目录，分别对应了 Nova 所提供的三种类型 API 服务(EC2 API/Openstack API/Metadata API)。其中 Openstack API 含有 v2/v3/v2.1 三个版本，它们的源代码存放于 nova/api/openstack/compute/ 路径下。对于 Openstac API 而言，每一个 API 都对应一种资源。 v2 版本的核心资源就存放在nova/api/openstack/compute/ 路径下，包含了一些 images.py/servers.py 等资源，所有的资源在 API 服务启动的时候就会被加载。

Nova API 的执行过程

1. novaclient 将 Commands 转换为标准的HTTP请求

一般的 Openstack 用户和管理员能够通过执行简易的 Openstack Commands 来管理和使用 Openstack 。但需要注意的是，Openstack Services 的 API 并不会识别这类指令，所以在 API 的外层还需要一重转化机制 —— novaclient。

如果是使用 Devstack 进行部署的话，novaclient 会被默认安装在本地，安装目录为 /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/novaclient ，我们可以通过设置该目录下的 shell.py 文件中的DEFAULT_OS_COMPUTE_API_VERSION选项来修改 novacliient 的版本。AS BELOW:

DEFAULT_OS_COMPUTE_API_VERSION = '2.latest'

执行 Openstack Commands 都发生了什么？ (以 nova list 为例)
1. 执行 nova list指令
2. 该指令被 shell.py 捕获
3. shell.py 将所需要的 Header/Context 等信息和 nova list 的操作请求内容进行组合封装，形成一个标准的 HTTP 请求
4. HTTP 请求被 nova-api 监听捕获
5. nova-api 按照 WSGI 规范的流程来完成HTTP请求的分发、路由、执行、响应的操作。

EXAMPLE:(为了方便查看对下面的Output做了处理)

fanguiju@jmilkfan:~/devstack$ nova --debug list    # --debug 选项：打印出一些中间的请求信息

×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××# 1.GET http://200.21.18.2:5000/v2.0 验证 keystone v2.0 version 是否为稳定版本
DEBUG (session:198) REQ: curl -g -i -X GET http://200.21.18.2:5000/v2.0 -H "Accept: application/json" -H "User-Agent: python-keystoneclient"
INFO (connectionpool:207) Starting new HTTP connection (1): 200.21.18.2
DEBUG (connectionpool:387) "GET /v2.0 HTTP/1.1" 200 337

DEBUG (session:216) RESP: [200] Content-Length: 337 Vary: X-Auth-Token Keep-Alive: timeout=5, max=100 Server: Apache/2.4.7 (Ubuntu) Connection: Keep-Alive Date: Thu, 04 Aug 2016 03:31:34 GMT Content-Type: application/json x-openstack-request-id: req-39b02ac4-7cce-441b-bc25-140e75ab4e2e 
RESP BODY: {"version": {"status": "stable", "updated": "2014-04-17T00:00:00Z", "media-types": [{"base": "application/json", "type": "application/vnd.openstack.identity-v2.0+json"}], "id": "v2.0", "links": [{"href": "http://200.21.18.2:5000/v2.0/", "rel": "self"}, {"href": "http://docs.openstack.org/", "type": "text/html", "rel": "describedby"}]}}
××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××# 1. End


××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××# 2. POST /v2.0/tokens HTTP/1.1  添加一个 tokens
#注意：其实这个token是请求Keystone发放的，但是这里的Output并没有展现出来这一步，所以从经验上建议Output只作为参考  
DEBUG (v2:86) Making authentication request to http://200.21.18.2:5000/v2.0/tokens
DEBUG (connectionpool:387) "POST /v2.0/tokens HTTP/1.1" 200 2844
DEBUG (session:198) REQ: curl -g -i -X GET http://200.21.18.2:8774/v2.1/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813 -H "User-Agent: python-novaclient" -H "Accept: application/json" -H "X-Auth-Token: {SHA1}ac4acef5a9f5a568af553beb59ff5d99f1928849"
INFO (connectionpool:207) Starting new HTTP connection (1): 200.21.18.2
DEBUG (connectionpool:387) "GET /v2.1/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813 HTTP/1.1" 404 52

DEBUG (session:216) RESP: [404] Date: Thu, 04 Aug 2016 03:31:34 GMT Connection: keep-alive Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Length: 52 X-Compute-Request-Id: req-c1edb651-a398-4f02-a580-920bec9f1252 
RESP BODY: 404 Not Found

The resource could not be found.
#没有路由到该资源(没有Mapper)
××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××# 2. End


××××××××××××××××××××××××××××# 3. GET http://200.21.18.2:8774/v2.1/  使用 tokens ;验证 Nova v2.1 version 是否为稳定版本
DEBUG (session:198) REQ: curl -g -i -X GET http://200.21.18.2:8774/v2.1/ -H "User-Agent: python-novaclient" -H "Accept: application/json" -H "X-Auth-Token: {SHA1}ac4acef5a9f5a568af553beb59ff5d99f1928849"
DEBUG (connectionpool:387) "GET /v2.1/ HTTP/1.1" 200 385

DEBUG (session:216) RESP: [200] Content-Length: 385 X-Compute-Request-Id: req-f4056355-11f5-4064-9ac9-5dfe1e722655 Vary: X-OpenStack-Nova-API-Version Connection: keep-alive X-Openstack-Nova-Api-Version: 2.1 Date: Thu, 04 Aug 2016 03:31:34 GMT Content-Type: application/json 
RESP BODY: {"version": {"status": "CURRENT", "updated": "2013-07-23T11:33:21Z", "links": [{"href": "http://200.21.18.2:8774/v2.1/", "rel": "self"}, {"href": "http://docs.openstack.org/", "type": "text/html", "rel": "describedby"}], "min_version": "2.1", "version": "2.12", "media-types": [{"base": "application/json", "type": "application/vnd.openstack.compute+json;version=2.1"}], "id": "v2.1"}}
××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××# 3. End



×××××××××××××××××# 4. GET http://200.21.18.2:8774/v2.1/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813/servers/detail  获取虚拟机的列表详细信息 
DEBUG (session:198) REQ: curl -g -i -X GET http://200.21.18.2:8774/v2.1/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813/servers/detail -H "User-Agent: python-novaclient" -H "Accept: application/json" -H "X-OpenStack-Nova-API-Version: 2.6" -H "X-Auth-Token: {SHA1}ac4acef5a9f5a568af553beb59ff5d99f1928849"
DEBUG (connectionpool:387) "GET /v2.1/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813/servers/detail HTTP/1.1" 200 1975

DEBUG (session:216) RESP: [200] Content-Length: 1975 X-Compute-Request-Id: req-1089b520-09b5-4c37-b57a-04123d30504f Vary: X-OpenStack-Nova-API-Version Connection: keep-alive X-Openstack-Nova-Api-Version: 2.6 Date: Thu, 04 Aug 2016 03:31:35 GMT Content-Type: application/json 
RESP BODY: {"servers": [{"status": "ACTIVE", "OS-EXT-SRV-ATTR:ramdisk_id": "", "updated": "2016-08-02T07:45:56Z", "hostId": "7e4e4bc79676933ebc8359ea7e954050084589d5805a1e50e009de48", "OS-EXT-SRV-ATTR:host": "fanguiju", "addresses": {"private": [{"OS-EXT-IPS-MAC:mac_addr": "fa:16:3e:5f:bf:b2", "version": 4, "addr": "10.0.0.2", "OS-EXT-IPS:type": "fixed"}]}, "links": [{"href": "http://200.21.18.2:8774/v2.1/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813/servers/42da5d12-a470-4193-8410-0209c04f333a", "rel": "self"}, {"href": "http://200.21.18.2:8774/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813/servers/42da5d12-a470-4193-8410-0209c04f333a", "rel": "bookmark"}], "key_name": null, "image": {"id": "f76a9eb1-e976-4d50-9185-e7b256d14c40", "links": [{"href": "http://200.21.18.2:8774/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813/images/f76a9eb1-e976-4d50-9185-e7b256d14c40", "rel": "bookmark"}]}, "OS-EXT-SRV-ATTR:user_data": null, "OS-EXT-STS:task_state": null, "OS-EXT-STS:vm_state": "active", "OS-EXT-SRV-ATTR:instance_name": "instance-00000001", "OS-EXT-SRV-ATTR:root_device_name": "/dev/vda", "OS-SRV-USG:launched_at": "2016-08-02T07:26:16.000000", "OS-EXT-SRV-ATTR:hypervisor_hostname": "fanguiju", "flavor": {"id": "84", "links": [{"href": "http://200.21.18.2:8774/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813/flavors/84", "rel": "bookmark"}]}, "id": "42da5d12-a470-4193-8410-0209c04f333a", "security_groups": [{"name": "default"}], "OS-SRV-USG:terminated_at": null, "OS-EXT-SRV-ATTR:kernel_id": "", "OS-EXT-AZ:availability_zone": "nova", "user_id": "135b2cb86962401c82044fd4ca9daae4", "name": "TestVMwareInterface", "OS-EXT-SRV-ATTR:launch_index": 0, "created": "2016-08-02T07:25:49Z", "tenant_id": "6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813", "OS-DCF:diskConfig": "AUTO", "os-extended-volumes:volumes_attached": [], "accessIPv4": "", "accessIPv6": "", "OS-EXT-SRV-ATTR:reservation_id": "r-kud9zm9w", "OS-EXT-SRV-ATTR:hostname": "testvmwareinterface", "progress": 0, "OS-EXT-STS:power_state": 0, "config_drive": "True", "metadata": {}}]}

+--------------------------------------+---------------------+--------+------------+-------------+------------------+
| ID                                   | Name                | Status | Task State | Power State | Networks         |
+--------------------------------------+---------------------+--------+------------+-------------+------------------+
| 42da5d12-a470-4193-8410-0209c04f333a | TestVMwareInterface | ACTIVE | -          | NOSTATE     | private=10.0.0.2 |
+--------------------------------------+---------------------+--------+------------+-------------+------------------+
*******************************************# 4. END

NOTE 1： 在使用 Openstack Cammands 的时候一般会发送两次请求：

第一次请求(http://200.21.18.2:5000/v2.0/tokens)发送给 keystone 获取授权 token ，并填充到 X-Auth-Token 字段中。
基于第一次请求获取的 token ，发送了第二次请求(http://200.21.18.2:8774/v2.1/servers/detail)给 Nova service 获取虚拟机的列表。

NOTE 2: 如果这个请求是直接使用 Restful API 发出的，那么我们只需要处理最后一次就可以了。例如上述的第4次请求：GET http://200.21.18.2:8774/v2.1/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813/servers/detail

而且从上面的 Output 可以看出，我们甚至可以直接使用curl指令来发送HTTP请求。

下面是最后一次 Response 的 JSON 数据( Openstack service 的响应数据以 JSON 数据结构返回)，我们可以从中获取一些有用的信息作为 DEBUG 的依据。

{
    "servers": [
        {
            "status": "ACTIVE",
            "OS-EXT-SRV-ATTR:ramdisk_id": "",
            "updated": "2016-08-02T07:45:56Z",
            "hostId": "7e4e4bc79676933ebc8359ea7e954050084589d5805a1e50e009de48",
            "OS-EXT-SRV-ATTR:host": "fanguiju",
            "addresses": {
                "private": [
                    {
                        "OS-EXT-IPS-MAC:mac_addr": "fa:16:3e:5f:bf:b2",
                        "version": 4,
                        "addr": "10.0.0.2",
                        "OS-EXT-IPS:type": "fixed"
                    }
                ]
            },
            "links": [
                {
                    "href": "http://200.21.18.2:8774/v2.1/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813/servers/42da5d12-a470-4193-8410-0209c04f333a",
                    "rel": "self"
                },
                {
                    "href": "http://200.21.18.2:8774/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813/servers/42da5d12-a470-4193-8410-0209c04f333a",
                    "rel": "bookmark"
                }
            ],
            "key_name": null,
            "image": {
                "id": "f76a9eb1-e976-4d50-9185-e7b256d14c40",     #Image ID
                "links": [
                    {
                        "href": "http://200.21.18.2:8774/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813/images/f76a9eb1-e976-4d50-9185-e7b256d14c40",
                        "rel": "bookmark"
                    }
                ]
            },
            "OS-EXT-SRV-ATTR:user_data": null,
            "OS-EXT-STS:task_state": null,
            "OS-EXT-STS:vm_state": "active",
            "OS-EXT-SRV-ATTR:instance_name": "instance-00000001",
            "OS-EXT-SRV-ATTR:root_device_name": "/dev/vda",
            "OS-SRV-USG:launched_at": "2016-08-02T07:26:16.000000",
            "OS-EXT-SRV-ATTR:hypervisor_hostname": "fanguiju",
            "flavor": {
                "id": "84",
                "links": [
                    {
                        "href": "http://200.21.18.2:8774/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813/flavors/84",
                        "rel": "bookmark"
                    }
                ]
            },
            "id": "42da5d12-a470-4193-8410-0209c04f333a",       # GuestOS ID
            "security_groups": [
                {
                    "name": "default"
                }
            ],
            "OS-SRV-USG:terminated_at": null,
            "OS-EXT-SRV-ATTR:kernel_id": "",
            "OS-EXT-AZ:availability_zone": "nova",
            "user_id": "135b2cb86962401c82044fd4ca9daae4",
            "name": "TestVMwareInterface",
            "OS-EXT-SRV-ATTR:launch_index": 0,
            "created": "2016-08-02T07:25:49Z",
            "tenant_id": "6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813",    #tenant_id 会在 novaclient 的 shell.sh 组装 HTTP URL 的时候被添加进去
            "OS-DCF:diskConfig": "AUTO",
            "os-extended-volumes:volumes_attached": [],
            "accessIPv4": "",
            "accessIPv6": "",
            "OS-EXT-SRV-ATTR:reservation_id": "r-kud9zm9w",
            "OS-EXT-SRV-ATTR:hostname": "testvmwareinterface",
            "progress": 0,
            "OS-EXT-STS:power_state": 0,
            "config_drive": "True",
            "metadata": {}
        }
    ]
}

2. PasteDeploy 将 HTTP 请求路由到具体的 WSGI Application

首先，Openstack 在启动 nova-api service 时，会根据 Nova 配置文件 nova.conf 中的配置项 enabled_apis = ec2,osapi_compute,metadata 来创建一个或多个 WSGI Server 。每一个 WSGI Server 负责处理一种类型的 Nova API 请求，上述的选项值表示了三种类型的 Nova API 。而且在创建 WSGI Server 的同时会根据 Paste 的配置文件 nova/etc/nova/api-paste.ini 加载 WSGI Application 。在加载 WSGI Application 之后， WSGI Application 就处在等待和监听请求的状态。加载的动作由nova/nova/service.py实现。

# nova/nova/service.py
class WSGIService(service.Service):
    """Provides ability to launch API from a 'paste' configuration."""

    def __init__(self, name, loader=None, use_ssl=False, max_url_len=None):
        self.name = name
        self.manager = self._get_manager()
        self.loader = loader or wsgi.Loader()

        #从配置文件加载 Nova API 对应的 WSGI Application，由 HTTP 请求的 URL 来决定
        self.app = self.loader.load_app(name)
        # inherit all compute_api worker counts from osapi_compute
        if name.startswith('openstack_compute_api'):
            wname = 'osapi_compute'
        else:
            wname = name
        self.host = getattr(CONF, '%s_listen' % name, "0.0.0.0")
        self.port = getattr(CONF, '%s_listen_port' % name, 0)
        self.workers = (getattr(CONF, '%s_workers' % wname, None) or
                        processutils.get_worker_count())
        if self.workers and self.workers < 1:
            worker_name = '%s_workers' % name
            msg = (_("%(worker_name)s value of %(workers)s is invalid, "
                     "must be greater than 0") %
                   {'worker_name': worker_name,
                    'workers': str(self.workers)})
            raise exception.InvalidInput(msg)
        self.use_ssl = use_ssl

        #使用指定的 HostIP 和 Port 创建用于监听HTTP请求的 Socket，这个Socket只会捕获与 host 和 port 对应的 HTTP 请求。
        self.server = wsgi.Server(name,
                                  self.app,
                                  host=self.host,
                                  port=self.port,
                                  use_ssl=self.use_ssl,
                                  max_url_len=max_url_len)
        # Pull back actual port used
        self.port = self.server.port
        self.backdoor_port = None

api-paste.ini 配置文件定义了不同类型的 composite section。 EG. [composite:metadata] / [composite:ec2] / [composite:ec2cloud] / [composite:osapi_compute] / [composite:openstack_compute_api_v21] 等。当 Socket 监听到 HTTP 请求： GET http://200.21.18.2:8774/v2.1/6c4e4d58cb9d4451b36e774b348e8813/servers/detail时，composite section 是该请求进入到 nova-api 后第一个通过的 Section。下面是该请求通过 api-paste.ini 配置映射到一个 WSGI Application 的步骤：

Step1. 因为这个请求是 OpenstackAPI 类型，所以会被 [composite:osapi_compute] 监听到，并使用 nova.api.openstack.urlmap 模块下的 urlmap_factory 函数将请求分发到 [composite:openstack_compute_api_v21] 。

[composite:osapi_compute]
use = call:nova.api.openstack.urlmap:urlmap_factory
/: oscomputeversions
/v1.1: openstack_compute_api_v21_legacy_v2_compatible
/v2: openstack_compute_api_v21_legacy_v2_compatible
/v2.1: openstack_compute_api_v21

Step2. [composite:openstack_compute_api_v21] 再使用 nova.api.auth模块下的 pipeline_factory_v21 函数对请求进一步分发。
而且这里需要根据 nova.conf 配置文件中的认证策略选项 auth_strategy 来确定使用那一种认证方式 (keystone/noauth2)，在 nova/api/auth.py 文件定义了默认为认证方式为 keystone 。

[composite:openstack_compute_api_v21]
use = call:nova.api.auth:pipeline_factory_v21
noauth2 = compute_req_id faultwrap sizelimit noauth2 osapi_compute_app_v21
keystone = compute_req_id faultwrap sizelimit authtoken keystonecontext osapi_compute_app_v21

Step3. keystone/noauth2 这两个 Pipeline 的参数列表中除了最后一个参数之外的都是 filter section，最后一个参数对应了一个 app section( Application) 。
等这个 pipeline 里所有的 filter 都执行完了之后，最终再调用 application osapi_compute_app_v21 。

[app:osapi_compute_app_v21]
paste.app_factory = nova.api.openstack.compute:APIRouterV21.factory

所以说，将 HTTP 请求路由到哪一个 WSGI Application 是由配置文件 api-paste.ini 来决定的。
而且需要注意的是：Openstack Project 拥有着各自不同的 Paste 配置文件，即拥有各自不同的 WSGI Serever 和 WSGI Application 。

3. Routes 将 HTTP 请求路由到具体的操作函数并执行

在 Openstack 中，每个资源都被封装成为一个 nova.api.openstack.wsgi.Resource 对象，且对应着一个 WSGI Application ，这样就保证了资源的独立性。上面，我们已经确定了处理 HTTP 请求的 Application ，除此之外，我们还需要继续的去确定这个 HTTP 请求希望执行 Application 中具体的哪一个操作函数。这需要 Routes Module 的 Mapper 对象来支撑。

Routes Module：主要用于把接收到的 HTTP URL 请求的后缀 Path(EG. /servers/detail)映射到具体的操作函数。其实现原理是创建一个 mapper 对象，然后调用该对象的 connect() 方法把后缀 Path 和 HTTP 内建方法映射到一个 Controller 的某个 Action 上。Controller 是一个自定义的类实例对象，每一个OPenstack 资源都会对应一个 Controller，同时 Controller 也是资源操作函数的集合。Action 表示 Controller 对象提供的操作函数(EG. index/show/delect/update/create )。一般调用这些 Action 之前会把这个 Action 映射到 HTTP 的内置方法。EG. GET/POST/DELETE/PUT 。 HTTP 请求的 URL Path 和 HTTP 内置方法能够确定对 Openstack 中唯一的一个资源执行何种操作。

class Router(object):
    """WSGI middleware that maps incoming requests to WSGI apps."""

    def __init__(self, mapper):
        """Create a router for the given routes.Mapper.

        Each route in `mapper` must specify a 'controller', which is a
        WSGI app to call.  You'll probably want to specify an 'action' as
        well and have your controller be an object that can route
        the request to the action-specific method.

        Examples:
          mapper = routes.Mapper()
          sc = ServerController()

          # Explicit mapping of one route to a controller+action
          mapper.connect(None, '/svrlist', controller=sc, action='list')

          # Actions are all implicitly defined
          mapper.resource('server', 'servers', controller=sc)

          # Pointing to an arbitrary WSGI app.  You can specify the
          # {path_info:.*} parameter so the target app can be handed just that
          # section of the URL.
          mapper.connect(None, '/v1.0/{path_info:.*}', controller=BlogApp())

        """
        self.map = mapper
        # 使用 routers 模块将 mapper 和 _dispatch 关联起来
        # routes.middleware.RoutesMiddleware 
        self._router = routes.middleware.RoutesMiddleware(self._dispatch,
                                                          self.map)

    @webob.dec.wsgify(RequestClass=Request)
    def __call__(self, req):
        """Route the incoming request to a controller based on self.map.

        If no match, return a 404.
        """
        # 根据 mapper 将HTTP请求路由到适当的 WSGI Application，即资源上。再根据 HTTP 请求的 URL 将其路由到对应的 Controller 中的 Action。
        return self._router

    @staticmethod
    @webob.dec.wsgify(RequestClass=Request)
    def _dispatch(req):
        """Dispatch the request to the appropriate controller.

        Called by self._router after matching the incoming request to a route
        and putting the information into req.environ.  Either returns 404
        or the routed WSGI app's response.

        """
        # 根据 HTTP 请求的 environ 信息并根据上述设置的 environ 来找到 URL 对应的 Controller 。
        match = req.environ['wsgiorg.routing_args'][1]
        if not match:
            return webob.exc.HTTPNotFound()
        app = match['controller']
        return app

通过 Route 模块，一个 HTTP 请求的 URL 能够映射到对应的资源的 Action(对资源操作的方法) 。

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