Ironic

Ironic简述

OpenStack Ironic就是一个进行裸机部署安装的项目。所谓裸机，就是指没有配置操作系统的计算机。从裸机到应用还需要进行以下操作：

硬盘RAID、分区和格式化；安装操作系统、驱动程序；安装应用程序。

Ironic实现的功能，就是可以很方便的对指定的一台或多台裸机，执行以上一系列的操作。例如部署大数据群集需要同时部署多台物理机，就可以使用Ironic来实现。Ironic可以实现硬件基础设施资源的快速交付。

OpenStack Ironic的Deploy Templates功能使我们更容易的自动配置裸机服务。

BIOS和RAID

驱动deploy templates工作的最需要的功能是动态BIOS和RAID配置。让我们考虑deploy templates之前的状态。

长期以来，Ironic支持一种叫做“清理”的功能。这通常用于执行清理硬件的操作，但也可以执行一些一次性配置任务。有两种模式——自动和手动。当节点被解除配置时，会发生自动清理。自动清理的一个典型用例是擦除磁盘以删除敏感数据。当节点不在使用时，按需进行手动清理。下图显示了与清理相关的节点状态的简化视图。

manual clean

清理工作是通过执行一系列清理step来完成的，这些step映射到使用中的Ironic驱动程序公开的方法。每个清理step都有以下字段：

接口： deploy， 电源， 管理， BIOS， raidstep：驱动程序界面上的方法（功能）名称args：关键字参数字典优先级：执行顺序（更高的运行在前面）BIOS

在Rocky版本中增加了BIOS配置支持。该 BIOS驱动程序接口提供了两个清理step：

apply_configuration：应用BIOS配置factory_reset：将BIOS配置重置为出厂默认值

这是一个使用BIOS驱动程序界面禁用超线程的清理step的示例：

{  "interface": "bios",  "step": "apply_configuration",  "args": {    "settings": [      {        "name": "LogicalProc",        "value": "Disabled"      }    ]  }}

在Mitaka版本中增加了对RAID配置的支持。该 RAID驱动程序接口提供了两个清理step：

create_configuration：创建RAID配置delete_configuration：删除所有RAID虚拟磁盘

在清理之前，必须在单独的API调用中设置目标RAID配置。

{  "interface": "raid",  "step": "create_configuration",  "args": {    "create_root_volume": true,    "create_nonroot_volumes": true  }}

当然，对BIOS和RAID配置的支持取决于硬件。

局限性

尽管通过清理触发的BIOS和RAID配置可能很有用，但它有许多限制。该配置未集成到Ironic节点部署中，因此用户无法按需选择配置。Nova用户无法使用清理功能，因此只有管理员可以使用。最后，需要单独的API调用来设置目标RAID配置，这一要求非常繁杂，并且会阻止RAID在自动清理中的配置。

考虑到这些限制，让我们考虑定制裸机的目标。

目标

我们希望允许将硬件资源池应用于各种任务，并为每个任务使用最佳服务器配置。一些例子：

仅有一堆磁盘（JBOD）的Hadoop节点具有镜像磁盘和条带化磁盘的数据库服务器（RAID 10）具有优化的BIOS参数的高性能计算（HPC）计算节点

为了避免对硬件进行分区，我们希望能够在部署裸机实例时动态配置这些内容。

我们也想使其云化管理。它不应该要求管理员特权，而是应该从硬件规范中抽象出来。操作员应该能够控制可以配置的内容以及可以配置的人员。我们还希望尽可能使用现有的接口和概念。

回顾：Nova中的Scheduling

理解deploy templates的机制需要合理地了解scheduling在Ironic的Nova中是如何工作的。Placement服务在Newton版本中添加到Nova，并在Stein版本中成为单独项目。它提供了一个用于跟踪资源Inventory和消耗的API，支持定量和定性两个方面。

让我们开始介绍Placement中的关键概念。

资源提供程序提供不同resource class的资源Inventory资源提供者可能被标记为一个或多个Traits使用者可能具有消耗资源提供者的某些Inventory的分配Scheduling虚拟机

对于虚拟机，这些概念映射如下：

计算节点提供vCPU、磁盘和内存资源的Inventory计算节点可以标记一个或多个Traits一个实例可能有一个消耗计算节点的一些Inventory的分配

具有35GB磁盘、5825MB RAM和4个CPU的虚拟机监控程序可能会在Placement中有一个资源提供程序inventory记录，该记录通过 GET/resource和 providers/{uuid}/inventory访问，如下所示：

{    "inventories": {        "DISK_GB": {            "allocation_ratio": 1.0, "max_unit": 35, "min_unit": 1,            "reserved": 0, "step_size": 1, "total": 35        },        "MEMORY_MB": {            "allocation_ratio": 1.5, "max_unit": 5825, "min_unit": 1,            "reserved": 512, "step_size": 1, "total": 5825        },        "VCPU": {            "allocation_ratio": 16.0, "max_unit": 4, "min_unit": 1,            "reserved": 0, "step_size": 1, "total": 4        }    },    "resource_provider_generation": 7}

请注意，inventory跟踪了系统管理程序的所有资源，无论它们是否被消耗。分配跟踪实例消耗了什么。

Scheduling裸机

上述针对VM的调度不适用于裸机。裸机节点是不可分割的单元，不能被多个实例共享或过量使用。它们不是处于在用状态就是没在用状态。要解决此问题，我们在Nova和Ironic中对Placement的使用会略有不同。

裸机节点提供自定义资源的一个单元的inventory裸金属节点可以标记一个或多个Traits一个实例可能有一个消耗所有裸机节点资源Inventory的分配

现在，如果我们查看裸机节点的资源提供者inventory记录，则可能如下所示：

{    "inventories": {        "CUSTOM_GOLD": {            "allocation_ratio": 1.0,            "max_unit": 1,            "min_unit": 1,            "reserved": 0,            "step_size": 1,            "total": 1        }    },    "resource_provider_generation": 1}

我们只有一个resource class的一个单元，在本例中是CUSTOMGOLD。resource class来自节点的resourceclass字段，采用大小写敏感形式，前缀为CUSTOM_，表示它是一个自定义resource class，而不是像VCPU这样的标准resource class。

调度到该节点需要哪种Nova Flavor？

openstack flavor show bare-metal-gold -f json \    -c name -c ram -c properties -c vcpus -c disk{  "name": "bare-metal-gold",  "vcpus": 4,  "ram": 4096,  "disk": 1024,  "properties": "resources:CUSTOM_GOLD='1',                 resources:DISK_GB='0',                 resources:MEMORY_MB='0',                 resources:VCPU='0'"}

请注意，可以出于参考目的指定标准字段（ vcpus等），但应使用如上所示的属性将其归零。

Traits

到目前为止，我们已经讨论了基于数量资源的调度。Placement使用traits来标志资源。它们与资源提供程序关联。例如，我们可以查询 GET/resource_providers/{uuid}/traits以查找有关FPGA设备类的信息。

{    "resource_provider_generation": 1,    "traits": [        "CUSTOM_HW_FPGA_CLASS1",        "CUSTOM_HW_FPGA_CLASS3"    ]}

Ironic的节点除了其resource class之外，还可以分配有Traits： GET/nodes/{uuid}？fields=name,resource_class，traits：

{  "Name": "gold-node-1",  "Resource Class": "GOLD",  "Traits": [    "CUSTOM_RAID0",    "CUSTOM_RAID1",  ]}

与定量调度类似，在创建实例时可以通过Flavor指定Traits。

openstack flavor show bare-metal-gold -f json -c name -c properties{  "name": "bare-metal-gold",  "properties": "resources:CUSTOM_GOLD='1',                 resources:DISK_GB='0',                 resources:MEMORY_MB='0',                 resources:VCPU='0',                 trait:CUSTOM_RAID0='required'"}

这种flavor将选择具有 resource_class为 CUSTOM_GOLD的裸机节点，以及包括 CUSTOM_RAID0的Traits列表。

为了允许Ironic对象根据请求的Traits采取行动，所需Traits的列表存储在 instance_info字段下的Ironic节点对象中 。

Ironic的deploy step

Ironic的deploy step框架是在Rocky版本中添加的，作为使部署过程更加灵活的第一步。它基于前面描述的清理step模型，并允许驱动程序定义可在部署期间执行的step。这是我们前面看到的简化状态图，这次突出显示了执行deploy step的部署状态。

manual clean

每个deploy step都具有：

接口： 部署， 电源， 管理， BIOS， Raidstep：驱动程序界面上的方法（功能）名称args：关键字参数字典优先级：执行顺序（较高的运行顺序更早）

请注意，这与清理step相同。

更进一步

部署过程的大部分被转移到一个叫做deploy on the deploy interface的step，优先级为100。此step大致执行以下操作：

打开节点以启动代理等待代理启动将映像写入磁盘断电关机从供应网络分离接入租户网络设置启动模式开机

驱动程序当前可以在此step之前或之后添加step。该计划将其分为多个核心step，以对部署过程进行更精细的控制。

局限性

对于一组给定的驱动程序接口，deploy step是静态的，并且当前都处于带外——无法在部署代理上执行step。

Ironic的deploy templates

Ironic的deploy templates API是在Stein周期中添加的，它允许注册deploy templates，这些模板具有：

一个名字，必须是一个有效的Traitsdeploy step列表

例如，可以通过 POST/v1/deploy_templates注册一个deploy templates：

{    "name": "CUSTOM_HYPERTHREADING_ON",    "steps": [        {            "interface": "bios",            "step": "apply_configuration",            "args": {                "settings": [                    {                        "name": "LogicalProc",                        "value": "Enabled"                    }                ]            },            "priority": 150        }    ]}

该模板的名称为 CUSTOM_HYPERTHREADING_ON（这也是有效的Traits名称），并引用 bios接口上的deploy step，该step将 LogicalProc BIOS设置为 Enabled，以便在节点上启用超线程。

未来的RAID

在Stein版本中，我们具有deploy template和steps框架，但是缺少带有deploy steps实现的驱动程序来实现这一点。作为定制裸机会话演示的一部分，我们构建并演示了一个概念验证deploy step，用于在Dell计算机上部署期间配置RAID。这段代码经过了润色，在编写时正在向上游运行，还影响了HP iLO驱动程序的deploy step。感谢Shivanand Tendulker从PoC中提取并更新了一些代码。

现在，我们在RAID接口上有一个 apply_configuration deploy step，该step接受RAID配置作为参数，以避免清理时需要单独的API调用。

在iDRAC驱动程序中实现此功能的第一阶段花费了30分钟以上才能完成部署。通过将删除和创建虚拟磁盘整合到一个deploy step中，从而避免了不必要的重启，从而将流程精简到仅10分钟。

端到端流程

现在我们知道deploy template的样子，那如何使用它们？

首先，云操作员通过Ironic API创建deploy templates，以执行允许的操作的deploy steps。在此示例中，我们具有用于创建42GB RAID1虚拟磁盘的deploy template。

cat << EOF > raid1-steps.json[    {        "interface": "raid",        "step": "apply_configuration",        "args": {            "raid_config": {                "logical_disks": [                    {                        "raid_level": "1",                        "size_gb": 42,                        "is_root_volume": true                    }                ]            }        },        "priority": 150    }]EOFopenstack baremetal deploy template create \    CUSTOM_RAID1 \    --steps raid1-steps.json

接下来，操作员创建具有引用deploy template名称的所需Traits的Nova flavor或Glance镜像。

openstack flavor create raid1 \    --property resources:VCPU=0 \    --property resources:MEMORY_MB=0 \    --property resources:DISK_GB=0 \    --property resources:CUSTOM_COMPUTE=1 \    --property trait:CUSTOM_RAID1=required

最终，用户使用他们可以访问的这些flavor创建一个裸机实例。

openstack server create \    --name test \    --flavor raid1 \    --image centos7 \    --network mynet \    --key-name mykey

会发生什么？裸金属节点由Nova调度，Nova具有flavor和镜像所需的所有Traits。然后，这些特性被Ironic用来查找具有匹配名称的deploy template，并且这些模板中的deploy steps除了核心step之外，还按照它们的优先级确定的顺序执行。在本例中， RAID apply_configuration deploystep在核心step之前运行，因为它具有更高的优先级。

未来的挑战

仍有工作要做以提高裸机部署的灵活性。我们需要支持在节点上运行的代理中执行step，这将使部署时使用CERN的Arne Wiebalck最近开发的软件RAID支持成为可能。

驱动程序需要针对BIOS，RAID和其他功能公开更多deploy steps。我们应该就如何多次执行一个step以及所有棘手的极端情况达成共识。

我们已经在这里讨论了Nova用例，但是我们也可以在独立模式下使用deploy step，方法是将要执行的step列表传递给Ironic的provision API调用，类似于手动清理。Madhuri Kumari还提出了一个规范，它允许重新配置活动节点，以便在不需要重新部署的情况下调整BIOS设置。

感谢所有参与设计、开发和评审Nova和Ironic系列功能的人，这些功能使我们走到了今天。特别是John Garbutt提出了deploy steps和deploy templates的规范，Ruby Loo实现了deploy steps框架。

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