深挖Openstack Nova - Scheduler调度策略

深挖Openstack Nova - Scheduler调度策略

 

一.  Scheduler的作用就是在创建实例（instance）时，为实例选择出合适的主机（host）。这个过程分两步：过滤（Fliter）和计算权值（Weight）

1. 过滤：

过滤掉不符合我们的要求，或镜像要求（比如物理节点不支持64bit，物理节点不支持Vmware EXi等）的主机，留下符合过滤算法的主机集合。

2. 计算权值

通过指定的权值计算算法，计算在某物理节点上申请这个虚机所必须的消耗cost。物理节点越不适合这个虚机，消耗cost就越大，权值Weight就越大，调度算法会选择权值最小的主机。

二. 过滤策略

Filter算法在nova-scheduler中是通过oslo.config.cfg模块从nova.conf配置文件中动态获取的，应用了Python的反射机制，在运行时刻决定初始化所选择的filter算法。

OpenStack支持多种过滤策略，均在/nova/scheduler/filters包下：

1. CoreFilter：根据CPU数过滤主机

2. RamFilter：根据指定的RAM值选择资源足够的主机

3. AvailabilityZoneFilter：返回创建虚拟机参数指定的集群内的主机

4. JsonFilter：根据JSON串指定的规则选择主机

三. 目录结构

1. /nova/scheduler/filter_scheduler.py：继承于类Scheduler，实现基于主机过滤器选取主机节点方式的调度器

2. /nova/scheduler/host_manager.py： 描述了跟调度器操作相关的主机的实现，其中，HostState类描述了从主机获取相关数据和状态的一些实现，HostManager类描述了跟调度器操作相关的一些主机管理实现

3. /nova/weights.py：实现了跟计算权值相关的方法

四. 分析调度_schedule方法

该方法对应在/nova/scheduler/filter_scheduler.py中

1.  
   # 调度方法，返回一系列满足要求的主机（host）
2.  
   def _schedule(self, context, request_spec, filter_properties)

1. 信息初始化

1.  
   # 返回带有admin标志设置的context的版本
2.  
   elevated = context.elevated()
3.  
   # 获取实例信息
4.  
   instance_properties = request_spec['instance_properties']

2. 更新过滤器属性信息

1.  
   filter_properties.update({'context': context,
2.  
   'request_spec': request_spec,
3.  
                             'config_options': config_options,
4.  
                            'instance_type': instance_type})

3. 过滤不可用的host

1.  
   # 过滤掉不可用的主机节点
2.  
   hosts = self._get_all_host_states(elevated)

深入_get_all_host_states方法，对应的是/nova/scheduler/host_manager.py。

（1）获取可用的计算节点

1.  
   # 获取可用计算节点的资源使用情况
2.  
   # 获取所有compute_node（计算节点）
3.  
   compute_nodes = objects.ComputeNodeList.get_all(context)

（2）设置基本信息

1.  
   # 获取主机host
2.  
   host = compute.host
3.  
   # 获取hypervisor_hostname作为节点名
4.  
   node = compute.hypervisor_hostname
5.  
   state_key = (host, node)
6.  
   # 从host_state_map获取并更新host状态
7.  
   host_state = self.host_state_map.get(state_key)
8.  
   if host_state:
9.  
       host_state.update_from_compute_node(compute)
10.  
    else:
11.  
        host_state = self.host_state_cls(host, node, compute=compute)
12.  
        self.host_state_map[state_key] = host_state

（3）更新host状态

1.  
   # 每次请求到来都要更新host状态
2.  
   host_state.aggregates = [self.aggs_by_id[agg_id] for agg_id in
3.  
                            self.host_aggregates_map[
4.  
                               host_state.host]]
5.  
   host_state.update_service(dict(service))
6.  
   self._add_instance_info(context, compute, host_state)
7.  
   seen_nodes.add(state_key)

（4）删除不活跃的计算节点

1.  
   # 从host_state_map中删除不活跃的计算节点
2.  
   dead_nodes = set(self.host_state_map.keys()) - seen_nodes
3.  
   for state_key in dead_nodes:
4.  
       host, node = state_key
5.  
       LOG.info(_LI("Removing dead compute node %(host)s:%(node)s "
6.  
                   "from scheduler"), {'host':host, 'node': node})
7.  
       del self.host_state_map[state_key]

4.循环遍历实例，获取符合过滤要求的host

1.  
   for num in range(num_instances):
2.  
       # 基于具体要求过滤本地主机
3.  
       hosts = self.host_manager.get_filtered_hosts(hosts,
4.  
               filter_properties, index=num)
5.  
       # 一个符合要求的host都没有
6.  
       if not hosts:
7.  
           break

深入get_filtered_hosts方法，对应的是/nova/scheduler/host_manager.py。

（1）定义所要使用的过滤器

1.  
   # 如果没有设置过滤器，则使用默认的过滤器
2.  
   if filter_class_names is None:
3.  
       filters = self.default_filters
4.  
   else:
5.  
       # 获取过滤器方法
6.  
       filters = self._choose_host_filters(filter_class_names)

（2）然后处理三种类型的host

1》忽略的host

ignore_hosts = filter_properties.get('ignore_hosts', [])

1.  
   # 除去忽略的host
2.  
   def _strip_ignore_hosts(host_map, hosts_to_ignore):

2》强制使用的host

force_hosts = filter_properties.get('force_hosts', [])

1.  
   # 匹配强制使用的host
2.  
   def _match_forced_hosts(host_map, hosts_to_force):

3》强制使用的nodes

force_nodes = filter_properties.get('force_nodes', [])

1.  
   # 匹配强制使用的nodes
2.  
   def _match_forced_nodes(host_map, nodes_to_force):

（3）返回满足过滤条件的host对象

1.  
   # 执行过滤操作，返回满足所有过滤条件的host对象
2.  
   return self.filter_handler.get_filtered_objects(filters,
3.  
           hosts, filter_properties, index)

5. 对主机进行称重

1.  
   # 获取并返回一个WeightedObjects的主机排序列表（最高分排在第一）
2.  
   weighted_hosts = self.host_manager.get_weighted_hosts(hosts,
3.  
           filter_properties)

深入get_weighted_hosts方法，最终对应的是/nova/weights.py。

（1）用相乘累加的方式计算host主机的权重

1.  
   # 根据多方面参数来判定权值，比如主机剩余内存、剩余磁盘空间、vcpu的使用情况
2.  
   # 每个参数乘于一个weight，累加得到host主机的权值
3.  
   for i, weight in enumerate(weights):
4.  
       obj = weighted_objs[i]
5.  
       obj.weight += weigher.weight_multiplier() * weight

（2）将获取权值的host主机排序后返回

1.  
   # 对WeighedObjects列表进行排序返回
2.  
   return sorted(weighed_objs, key=lambda x: x.weight, reverse=True)

开发者也可以实现自己的权值计算函数，对于OpenStack采用的方法来说，主机拥有的剩余内存越多，权值越小，被选择在其上创建虚拟机的可能性就越大。

6. 设置调度使用的主机数目

1.  
   # scheduler_host_subset_size：定义了新的实例将会被调度到一个主机上
2.  
   # 这个主机是随机从最好的（分数最高的）N个主机组成的子集中选择出来
3.  
   scheduler_host_subset_size = CONF.scheduler_host_subset_size
4.  
   if scheduler_host_subset_size > len(weighed_hosts):
5.  
       scheduler_host_subset_size = len(weighed_hosts)
6.  
   if scheduler_host_subset_size < 1:
7.  
       scheduler_host_subset_size = 1

7. 获取随机选择出来的主机

1.  
   # 从分数最高的若干主机组成的子集中，随机选择一个主机
2.  
   # 新的实例将会调度到这个主机上
3.  
   chosen_host = random.choice(
4.  
       weighed_hosts[0:scheduler_host_subset_size])
5.  
   LOG.debug("Selected host: %(host)s", {'host': chosen_host})
6.  
   # 把选好的主机增加到selected_hosts列表中
7.  
   selected_hosts.append(chosen_host)

8. 为下一次实例选择主机做好准备

1.  
   # 此次选择了一个主机后，在下一个实例选择主机前，更新主机资源信息
2.  
   chosen_host.obj.consume_from_instance(instance_properties)
3.  
   if update_group_hosts is True:
4.  
       if isinstance(filter_properties['group_hosts'], list):
5.  
           filter_properties['group_hosts'] = set(
6.  
               filter_properties['group_hosts'])
7.  
       filter_properties['group_hosts'].add(chosen_host.obj.host)

9. 返回所有实例选择的主机列表

1.  
   # 循环为每一个实例获取合适的主机后，返回选择的主机列表
2.  
   return selected_hosts