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本节重点介绍 nova-scheduler 的调度机制和实现方法:即解决如何选择在哪个计算节点上启动 instance 的问题。

创建 Instance 时,用户会提出资源需求,例如 CPU、内存、磁盘各需要多少。

OpenStack 将这些需求定义在 flavor 中,用户只需要指定用哪个 flavor 就可以了。

可用的 flavor 在 System->Flavors 中管理。

Flavor 主要定义了 VCPU,RAM,DISK 和 Metadata 这四类。 nova-scheduler 会按照 flavor 去选择合适的计算节点。 VCPU,RAM,DISK 比较好理解,而 Metatdata 比较有意思,我们后面会具体讨论。

下面介绍 nova-scheduler 是如何实现调度的。

在 /etc/nova/nova.conf 中,nova 通过 scheduler_driver,scheduler_available_filters 和 scheduler_default_filters 这三个参数来配置 nova-scheduler。

Filter scheduler

Filter scheduler 是 nova-scheduler 默认的调度器,调度过程分为两步:

  1. 通过过滤器(filter)选择满足条件的计算节点(运行 nova-compute)

  2. 通过权重计算(weighting)选择在最优(权重值最大)的计算节点上创建 Instance。

scheduler_driver=nova.scheduler.filter_scheduler.FilterScheduler

Nova 允许使用第三方 scheduler,配置 scheduler_driver 即可。 这又一次体现了OpenStack的开放性。

Scheduler 可以使用多个 filter 依次进行过滤,过滤之后的节点再通过计算权重选出最适合的节点。

上图是调度过程的一个示例:

  1. 最开始有 6 个计算节点 Host1-Host6

  2. 通过多个 filter 层层过滤,Host2 和 Host4 没有通过,被刷掉了

  3. Host1,Host3,Host5,Host6 计算权重,结果 Host5 得分最高,最终入选

Filter

当 Filter scheduler 需要执行调度操作时,会让 filter 对计算节点进行判断,filter 返回 True 或 False。

Nova.conf 中的 scheduler_available_filters 选项用于配置 scheduler 可用的 filter,默认是所有 nova 自带的 filter 都可以用于滤操作。

scheduler_available_filters = nova.scheduler.filters.all_filters

另外还有一个选项 scheduler_default_filters,用于指定 scheduler 真正使用的 filter,默认值如下

scheduler_default_filters = RetryFilter, AvailabilityZoneFilter, RamFilter, DiskFilter, ComputeFilter, ComputeCapabilitiesFilter, ImagePropertiesFilter, ServerGroupAntiAffinityFilter, ServerGroupAffinityFilter

Filter scheduler 将按照列表中的顺序依次过滤。 下面依次介绍每个 filter。

RetryFilter

RetryFilter 的作用是刷掉之前已经调度过的节点。

举个例子方便大家理解: 假设 A,B,C 三个节点都通过了过滤,最终 A 因为权重值最大被选中执行操作。 但由于某个原因,操作在 A 上失败了。 默认情况下,nova-scheduler 会重新执行过滤操作(重复次数由 scheduler_max_attempts 选项指定,默认是 3)。 那么这时候 RetryFilter 就会将 A 直接刷掉,避免操作再次失败。 RetryFilter 通常作为第一个 filter。

AvailabilityZoneFilter

为提高容灾性和提供隔离服务,可以将计算节点划分到不同的Availability Zone中。

例如把一个机架上的机器划分在一个 Availability Zone 中。 OpenStack 默认有一个命名为 “Nova” 的 Availability Zone,所有的计算节点初始都是放在 “Nova” 中。 用户可以根据需要创建自己的 Availability Zone。

创建 Instance 时,需要指定将 Instance 部署到在哪个 Availability Zone中。

nova-scheduler 在做 filtering 时,会使用 AvailabilityZoneFilter 将不属于指定 Availability Zone 的计算节点过滤掉。

RamFilter

RamFilter 将不能满足 flavor 内存需求的计算节点过滤掉。

对于内存有一点需要注意: 为了提高系统的资源使用率,OpenStack 在计算节点可用内存时允许 overcommit,也就是可以超过实际内存大小。 超过的程度是通过 nova.conf 中 ram_allocation_ratio 这个参数来控制的,默认值为 1.5

ram_allocation_ratio = 1.5

其含义是:如果计算节点的内存有 10GB,OpenStack 则会认为它有 15GB(10*1.5)的内存。

DiskFilter

DiskFilter 将不能满足 flavor 磁盘需求的计算节点过滤掉。

Disk 同样允许 overcommit,通过 nova.conf 中 disk_allocation_ratio 控制,默认值为 1

disk_allocation_ratio = 1.0

CoreFilter

CoreFilter 将不能满足 flavor vCPU 需求的计算节点过滤掉。

vCPU 同样允许 overcommit,通过 nova.conf 中 cpu_allocation_ratio 控制,默认值为 16

cpu_allocation_ratio = 16.0

这意味着一个 8 vCPU 的计算节点,nova-scheduler 在调度时认为它有 128 个 vCPU。 需要提醒的是: nova-scheduler 默认使用的 filter 并没有包含 CoreFilter。 如果要用,可以将 CoreFilter 添加到 nova.conf 的 scheduler_default_filters 配置选项中。

ComputeFilter

ComputeFilter 保证只有 nova-compute 服务正常工作的计算节点才能够被 nova-scheduler调度。
ComputeFilter 显然是必选的 filter。

ComputeCapabilitiesFilter

ComputeCapabilitiesFilter 根据计算节点的特性来筛选。

这个比较高级,我们举例说明。 例如我们的节点有 x86_64 和 ARM 架构的,如果想将 Instance 指定部署到 x86_64 架构的节点上,就可以利用到 ComputeCapabilitiesFilter。

还记得 flavor 中有个 Metadata 吗,Compute 的 Capabilitie s就在 Metadata中 指定。

“Compute Host Capabilities” 列出了所有可设置 Capabilities。

点击 “Architecture” 后面的 “+”,就可以在右边的列表中指定具体的架构。

配置好后,ComputeCapabilitiesFilter 在调度时只会筛选出 x86_64 的节点。 如果没有设置 Metadata,ComputeCapabilitiesFilter 不会起作用,所有节点都会通过筛选。

ImagePropertiesFilter

ImagePropertiesFilter 根据所选 image 的属性来筛选匹配的计算节点。 跟 flavor 类似,image 也有 metadata,用于指定其属性。

例如希望某个 image 只能运行在 kvm 的 hypervisor 上,可以通过 “Hypervisor Type” 属性来指定。

点击 “+”,然后在右边的列表中选择 “kvm”。

配置好后,ImagePropertiesFilter 在调度时只会筛选出 kvm 的节点。 如果没有设置 Image 的Metadata,ImagePropertiesFilter 不会起作用,所有节点都会通过筛选。

ServerGroupAntiAffinityFilter

ServerGroupAntiAffinityFilter 可以尽量将 Instance 分散部署到不同的节点上。

例如有 inst1,inst2 和 inst3 三个 instance,计算节点有 A,B 和 C。 为保证分散部署,进行如下操作:

  1. 创建一个 anti-affinity 策略的 server group “group-1”

nova server-group-create --policy anti-affinity group-1

请注意,这里的 server group 其实是 instance group,并不是计算节点的 group

  1. 依次创建 Instance,将inst1, inst2和inst3放到group-1中

nova boot --image IMAGE_ID --flavor 1 --hint group=group-1 inst1 nova boot --image IMAGE_ID --flavor 1 --hint group=group-1 inst2 nova boot --image IMAGE_ID --flavor 1 --hint group=group-1 inst3

因为 group-1 的策略是 AntiAffinity,调度时 ServerGroupAntiAffinityFilter 会将 inst1, inst2 和 inst3 部署到不同计算节点 A, B 和 C。

目前只能在 CLI 中指定 server group 来创建 instance。

创建 instance 时如果没有指定 server group,ServerGroupAntiAffinityFilter 会直接通过,不做任何过滤。

ServerGroupAffinityFilter

与 ServerGroupAntiAffinityFilter 的作用相反,ServerGroupAffinityFilter 会尽量将 instance 部署到同一个计算节点上。 方法类似

  1. 创建一个 affinity 策略的 server group “group-2”

nova server-group-create --policy affinity group-2

  1. 依次创建 instance,将 inst1, inst2 和 inst3 放到 group-2 中

nova boot --image IMAGE_ID --flavor 1 --hint group=group-2 inst1 nova boot --image IMAGE_ID --flavor 1 --hint group=group-2 inst2 nova boot --image IMAGE_ID --flavor 1 --hint group=group-2 inst3

因为 group-2 的策略是 Affinity,调度时 ServerGroupAffinityFilter 会将 inst1, inst2 和 inst3 部署到同一个计算节点。

创建 instance 时如果没有指定 server group,ServerGroupAffinityFilter 会直接通过,不做任何过滤。

Weight

经过前面一堆 filter 的过滤,nova-scheduler 选出了能够部署 instance 的计算节点。 如果有多个计算节点通过了过滤,那么最终选择哪个节点呢?

Scheduler 会对每个计算节点打分,得分最高的获胜。 打分的过程就是 weight,翻译过来就是计算权重值,那么 scheduler 是根据什么来计算权重值呢?

目前 nova-scheduler 的默认实现是根据计算节点空闲的内存量计算权重值: 空闲内存越多,权重越大,instance 将被部署到当前空闲内存最多的计算节点上。

日志

是时候完整的回顾一下 nova-scheduler 的工作过程了。 整个过程都被记录到 nova-scheduler 的日志中。 比如当我们部署一个 instance 时

打开 nova-scheduler 的日志 /opt/stack/logs/n-sch.log(非 devstack 安装其日志在 /var/log/nova/scheduler.log)

日志显示初始有两个 host(在我们的实验环境中就是 devstack-controller 和 devstack-compute1),依次经过 9 个 filter 的过滤(RetryFilter, AvailabilityZoneFilter, RamFilter, DiskFilter, ComputeFilter, ComputeCapabilitiesFilter, ImagePropertiesFilter, ServerGroupAntiAffinityFilter, ServerGroupAffinityFilter),两个计算节点都通过了。

那么接下来就该 weight 了:

可以看到因为 devstack-controller 的空闲内存比 devstack-compute1 多(7466 > 3434),权重值更大(1.0 > 0.4599),最终选择 devstack-controller。

注:要显示 DEBUG 日志,需要在 /etc/nova/nova.conf 中打开 debug 选项

[DEFAULT] debug = True

nova-scheduler 就是这些内容了,稍微有些复杂哈(因为灵活嘛),大家这两天可以好好消化一下。

下节我们讨论 nova-compute。