深入Cloud Foundry（下）

这是下半部分。

原文链接： http://qing.weibo.com/tj/88ca09aa33000975.html

原文作者：EMC中国研究院高级研究员  彭麟

 

续与回顾

本文第一部分介绍了CloudFoundry的整体架构，并在最后花了一点篇幅简介CloudFoundry的代码组织情况，以便于读者自己去研究源代码。笔者认为开源项目最大的好处在于：当你读懂源代码、理解总体架构后，能够成竹在胸，并吸收为己用（有点类似武侠小说中的“北冥神功”）。“为己用”就是本篇要说的内容：我们使用CloudFoundry搭建自己的私有PaaS平台。

在介绍CloudFoundry之前，先说明一下，VMware在企业云应用平台的产品线上，有另外一款产品，叫做VMwarevFabric Cloud Application Platfor[1]，这和Cloud Foundry属于两个产品，分别由两批团队开发。相比较来说，选择vFabric会更令人省心省力，毕竟作为商业产品，完善很多，而且发展已久，和STS[2]深度整合。如果企业以应用为目的，不希望开发上面耗费太多人力物力，不妨考虑一下；如果选择Hard模式，打算以CloudFoundry为基础搭建私有云，那就开始吧！

第二部份 基于CloudFoundry的私有云实践 

 一、安装配置CloudFoundry

本文内容所提到的CloudFoundry版本较早，，所以不可能一直紧跟着CloudFoundry的更新，造成有些内容并不是针对最新代码库，虽然我会比较新代码库来写这篇文章，但是请一定不要把本文当作按部就班的安装说明书。

去年10月份开始，CloudFoundry的主代码vcap里面新增加了个目录叫做dev_setup，Cloud Foundry大方地公开了他们的部署代码，这样大大简化了我们把CloudFoundry部署在自建数据中心的难度。如之前Figo在VMwareCloud Forum提到的一样，CloudFoundry官方用Chef[3]作为部署工具 。Chef是OrchestrationEngine的一种，可以自动化管理、部署复杂的云环境。工作过程大概就是我们需要写一系列的“recipes”，这些“recipes”描述我们需要把我们的服务器部署成什么（Apache,Mysql还是Hadoop？），然后Chef可以自己执行这些配置。现在数据中心变得越来越庞大，原来那种通过自己写脚本完成自动部署的IT管理方式日渐不堪重负，帮助管理、部署数据中心服务器集群的中间件变得越来越重要，我们统称这类型工具为OrchestrationEngine.

回到正题，如果使用了新版的CloudFoundry，可以参考dev_setup目录和dev_setup/deployments目录下面的两个README文件。基本上使用提供的脚本来部署不同的CloudFoundry组件就是一条命令的事情。

但是既然我们命题为深入CloudFoundry，那就必须深入地了解整个CloudFoundry的部署过程。 在这之前让我们先回顾第一部分里面的CloudFoundry总体架构图：

 

 

Figure 1 CloudFoundry 总体架构图

 

从图1中可以看出两点：

1、  CloudFoundry是完全模块化的设计，每个模块单独存在、运转。CloudFoundry是基于Ruby开发的，那每个部分可以认为拿来即可运行，不存在编译等过程；

2、  我们需要配置换的应该是图中的箭头部分。换句话说就是如何把每个模块连接起来，使其成为一个完整的、分布式的系统。这点就是我们现在要做的事情。

如果你是用：

 

安装的CloudFoundry，那你的系统里面就应该包含了所有的子模块。

 

DEA, Health_Manager, Router这三个模块，代码结构比较接近：都有一个bin目录，毫无疑问里面就是可执行文件，但是打开着个文件会发现它只是个简单的link，真正的执行文件在lib下面，有对应的rb文件；而这几个模块的根目录下面都有一个config目录，里面有以模块命名的yml文件，这就是他们的配置文件。

而cloud_controller模块，之前已经说过它是个典型的RoR项目，里面的文件结构有点复杂，文件有点多，但是还是能找到config/cloud_controller.yml这个文件的；

 

接着就是service模块，这里会看到很多似曾相识的子目录，比如mysql,redis, rabbit, mongodb。专业人士一看就知道是不同的服务，每个服务一个文件夹，点进这些目录看，又看到熟悉的结构了，比如bin,config, lib，很简单，和前面的DEA,Router等模块的结构一样。但是打开bin后，发现执行文件有点多，有个gateway,还有个node。（如果你是新的代码库，可能还看到个backup，顾名思义就是配置service备份工作的，不难理解，这里就不叙述了）

 

我们来聊聊Service模块的gateway和node。Gateway在一个servicenode里面负责处理restfulapi的相关事情，负责读入并初始化messagebus。Node是service的具体执行者，包括响应message，与底层service的交互等等。但是从配置文件来说，因为gateway负责解析初始化messagebus，所以与messagebus相关的配置信息反而放在了xxx_gateway.yml里面；而xxx_node.yml则是一些关于底层配置的信息，拿mysql_node.yml来说，就是一些max_long_query,max_long_tx这些信息。

 

如果我们要架构分布式的云环境，不应该选择在一台服务器里面安装所有的模块，下面简单介绍下做法：

 

通过研究源代码，我们知道CloudFoundry的主安装文件vcap_setup里是可以选择安装哪些组件的。所以安装全部组件应该是install这个脚本搞的鬼，我们去看看install[4]里面做了什么？

 

通过略读install脚本，发现它不难理解，且每一个步骤都有一个echo来说明。它分别做了以下动作：

1、  检测是否是Linux或者MacOS环境；

2、  安装依赖包；

3、  安装并启动RVM；

4、  安装Ruby；

5、  下载vcap；

6、  安装配置vcap；

7、  重启Nginx；

8、  安装Bundler。

 

其中注意这一行命令：

 

 

这里面的参数–a与-s。在vcap_setup的comments里面有如下定义，

 

 

 

 

也就是说，install脚本为了省去安装时的提问过程，剥夺了我们的自主选择权！那么解决方法就简单了——把这句改了，然后执行install，我们应该能看到安装脚本询问要不要安装Router？要不要安装CloudController？同样的，因为去掉了-s参数，所以在安装过程中会提示需要安装的Service类型。

下面是我们实验室中服务器的具体配置图，

 

 

 

Figure 2 Cloud Foundry 在ELC 实验室中的部署图

 

首先，我们手上没有硬件LoadBalancer，而且为了节约ip资源，我们决定只用一个外部ip，使用桥接，然后用Ngnix来做loadbalancer，所有的requests会转向4台Router。

 

我建议Router宜多一点，因为CloudFoundry当前的设计，Router的资源会很紧张，但是如第一部分说到那样，这问题会在以后的版本改善。目前还是多加点Router服务器吧。

 

然后CloudController我们用了3台，并且这三台也同时兼了Health_Manager的功能，因为CloudController主管的是控制流，资源占用不会太大。我一开始也觉得CloudController会很耗资源，因为从上一部分的工作描述来看，它负责的工作还是比较多的，但实际应用下来，结果和笔者想的相差很远。这部分需要的资源其实并不多，可能因为我们不是经常需要启动/关闭/删除instance。

 

后面是一个单独的数据库服务器。在生产环境里用的是postgresql，用其他也是可以的，在cloud_controller.yml里面修改就好。这是整套系统的单点，我也一度担心过，但据说CloudFoundry.com用的也是单点数据库，没存在太大问题。据说CloudFoundry在设计的时候已经注意到这里的数据流量问题。

 

接着是5台服务器用于Health-Manger，其中3台与CloudController公用。因为我希望多检测一点数据，用于后面的管理，所以在这里狠下了心。

 

DEA模块，也是5台服务器。这里算是app的主场，建议根据资源需求动态增加，CloudFoundry有很好的扩展性设计，如果某一模块吃不消了，都可以动态添加。

 

Service模块，同样给了5台。我们目前只用到Mysql，Postgresql和MongoDB。同样按照项目需要来加。其他Service暂时还没用上。

 

接着就是贯穿这套系统的MessageBus模块。CloudFoundry的所有模块都需要指定到这个MessageBus。它是基于NATS的，轻量级，很好用，但是有个问题是不支持HA/HP集群，也就是说无法配成多台Messagebus hosts。这部份据说正在开发，而既然CloudFoundry.com都能应付得了，我们私有云，一台server，应该足矣！

 

后面我们选几个模块看看具体的配置修改：

1. /etc/nginx/nginx.conf

前面说到，我们用一台nginx来作为loadbalancer。我们整个服务器集群用的是虚拟机，这台虚拟机配双网卡，分别设为privatenetwork和vmnetwork，两网卡间采用桥接。这台服务器有双ip：10.32.105.165和192.168.1.178。我们进入这台机器，选择Nginx的一个原因是，只要安装CloudFoundry，因为Router组件是基于Nginx的，所以都会安装这个HttpServer，减少了我的工作。配置Nginx没什么特殊之处，我用了最简单的方法，设置一个upstream，采用RR来均衡负载。

 

然后设置location的proxy_pass到这个upstream：

 

 

Ngnix用作loadbalancer的做法很多，而且可以引入权重算法等，大家按需使用。

2. Router.yml

Load balancer出来的request就会流到Router组件，Router.yml的配置相当简单：

 

 

 

唯一需要改的只有mbus，就是把mbus指到我们的mbus服务器去。

3. cloud_controller.yml

Cloud_controller.yml看起来相当复杂，我们可以选择需要的配置修改：

 

这三行属于api的URI信息。external_uri比较重要，请在DNS里面绑定这个域名到LoadBalancer的外部ip地址（如果没有的话，需要访问的client要配置hosts文件，绑定LoadBalancer和这个域名）。我们的配置是在DNS绑定好api.elc.com和10.32.105.165。

 

 

 

按照配置文件里面的介绍，说这个可以不修改，默认为nil，我配置成了CloudController的ServerIp，用起来没出问题。

 

接着有两个重要的配置：

 

 

 

这两个目录是关于用户上传的apps（在Cloud Foundry里叫做Droplets），以及相关资源的目录。上一部分说到，在CloudController的当前实现，是采用一个NFS来存储这些Droplets，使它全局唯一。所以我们在此之前，需要建立一个NFS，并且每个安装Cloud_Controller的服务器把这个NFSmount到/var/vcap/shared下。这点非常非常重要，否则会出现上文说的启动失败问题！

 

接下去，我们需要配一个，所有CloudFoundry组件都要配置的内容，mbus：

 

 

后面有很长的一段是关于Rails的环境配置，这里就不啰嗦这些内容了。再往后，有一些单个账户资源限制问题，可以留意一下：

 

这里如果对于内部使用可以适当放宽一下。配置文件里的其他内容，可以根据自己的需要来订制修改。

 

4. health_manager.yml

接下去就该配置health_manager.yml。一开始看到的就是两个所有模块都要修改的内容，local_route和mbus：

 

 

 

 

Local_route还是填本机的ip，mbus填的都一样，就是mbus服务器的ip和端口。

然后，从本文第一部分所描述的health_manager的职责可知道，该模块和CloudController数据库有交互，所以需要配置database_enviroment信息。这部份需要和CloudController吻合。

 

health_manager.yml还有一些关于healthcheck频率等的配置，这部份可以选择不用修改。如果需要具体定制，可以参考yml文件中的comments。

5. DEA.yml

一如既往地需要修改local_route和mbus。

 

这里有一个配置需要注意一下：

 

DEA模块会自己host一个thin服务器用来处理发送到以下URL的请求，让用户可以直接访问到app的files。

 

 

 

 

换句话说，如果需要自己开发一些应用对app进行文件级管理的话，可以通过上面这个URL。另外，这个URL也是我们访问app文件的一个选择。或者我们可以从CloudContorller的API进入也是可以的，后面关于如何管理我们搭建的私有云时，会讨论到这个话题：

 

除此之外，其它配置如果没有特殊要求，可以保持默认。

6. Service层配置

在Service层，每种service的配置都略有不同，但是大同小异，需要修改的地方也不多。在这里，我举Mysql为例子。和所有的Service一样，mysql分为了两个配置文件（最新版本会多一个backup，共三个）：mysql_gateway.yml和mysql_node.yml。

 

对于mysql_gateway.yml，需要改的，只有：

host: 192.168.1.193

和

mbus: nats:// 192.168.1.177:4222

 

对于mysql_node.yml，这里比较多的是mysql调优参数，按照需要修改。但同样有两处需要修改：

Ip_route: 192.168.1.193

和

mbus: nats:// 192.168.1.177:4222

 

到此为止，所有的安装配置完成。如果一切顺利的话，重新启动component后，CloudFoundry应该就可以用了。再强调一次，这篇博客并不是一个可按部就班的安装指南。CloudFoundry在一直发展，代码变动很大。如果不指定某一版本，很难保证所写就一定适合。我觉得更多的应该是在通读本文第一部分后，对CloudFoundry的整体架构有个了解，然后前面的描述可以看作是一些可具体理解CloudFoundry的切入点。通过去修改配置文件，保证系统如第一部份描述那样来运转。

 

CloudFoundry的架构并不复杂，其主要思想就是messagebus的配置，使异构的、分布式的组件可以互相通信合作。我浏览了下CloudFoundry的最新代码，很多新增配置配置是控制component如何运转的配置，保持默认状态即可。如果大家在配置过程中有什么问题，很欢迎直接@我的微博（@Layne_Peng）进行讨论，我会尽量帮忙。

二、下一步？

要搭建一个完整的私有云系统，还有很多缺少的地方，譬如下层的IaaS如何集成？如果CloudFoundry一个组件负载过高，应该如何扩容？能否做到自动化？如何检测、管理CloudFoundry的服务器集群？这些都是需要解决的问题。

 

首先，CloudFoundry是与底层IaaS无关的，我们可以用vSphere或者OpenStack来作为IaaS方案。为了实现云计算的可伸缩性，IaaS层需要提供如下两个功能：

1、  当CloudFoundry某些组件的发出性能警报，或者到达我们设定的某些指标时，我们需要用IaaS创建部署该组件的虚拟机，并把它启动加入CloudFoundry集群中（由OrchestrationEngine来做）；

2、  当某些组件有大量资源盈余，而物理资源出现紧张情况的时候，IaaS需要删除虚拟机，把计算资源归还到资源库；

3、  IaaS需要提供虚拟机的注册、存储、查找、导入、启动等功能。

而OrchestrationEngine在我们Lab中负责把由IaaS导入并已经启动的虚拟机，按照前面章节介绍的“安装配置CloudFoundry”配置好，以保证新加入的虚拟机资源可以被CloudFoundry使用。

 

我们的私有云有了IaaS和PaaS，有了自动化管理工具（也就是OrchestrationEngine），但中间还缺少监控管理工具。有了监控管理工具，我们才可以知道现在CloudFoundry每个服务器的资源使用情况，才可以向IaaS请求计算资源。这一块要做得非常完善并不容易，但是我们可以按照我们的需要，去做一些必需的。实现自己的监管工具，第一件要做的事就是认识CloudFoundry提供的API，以便我们获得PaaS的运行信息。

 

前面多次提及，CloudFoundry的管理是由CloudController负责，并对外提供RestfulAPI，供VMC和STS使用。另外，CloudController是典型的RoR项目，所以我们需要的一切API都可以在vcap/cloud_controller/Router.rb文件找到。

 

打开Router.rb文件，我们可以发现这里基本可以得到部署在CloudFoundry上apps和services所有信息，包括app的统计信息、app的crashlogs、service node所提供的服务、servicenode的资源情况等等。再配合Linux本身的一些基本命令，我们可以知道服务器节点的资源情况。

 

另外，我们在Router.rb还能发现以下API，

 

 

 

通过它们，我们可以拿到每个apps的所有file文件。也就是说，我们可以拿到Webserver（假设是Java的instance，那WebServer就是Tomcat）的logfiles。通过分析这些logfiles，我们可以得到目前部署在我们PaaS上的app运行情况。

 

这里面的话题很多，可以发挥的地方也很大。我是先分析Router.rb可以提供哪些信息，然后觉得哪些比较有价值，可以联系到我们业务的哪些需要，来设计的。分析这些API的比较好办法就是直接Query这些API，然后看看返回数据。

 

我用的是Chrome浏览器，只需要装个AdvancedREST client插件，我们就可以直接访问这些RestAPI了。访问大部份CloudFoundry的RestfulAPI，都首先需要拿到授权Token，我这里直接用http://api.cloudfoundry.com为例。

 

我们用VMC的时候，先需要把Target设定为http://api.cloudfoundry.com，这一步其实就是给VMC设定了Restful的访问BaseURL，属于本地操作。

 

第二步就是执行login，并输入email和password，我们可以通过研究VMC的源代码，或者直接看VCap源代码，得知，这个login其实是发向：

 

post   'users/*email/tokens'       => 'user_tokens#create',   :as => :create_token

 

所以，我们可以用AdvancedREST client往上面的URL发送POST请求，并把email和password的JSON格式放到Body里面，

 

 

 

 

从服务器返回了一串Token，这就是我们需要拿到的授权Token，后面的所有操作都需要用到。

 

接着我们就可以慢慢尝试CloudController能为我们提供什么信息了。举个最简单的例子，我想看当前email账户下的所有apps列表，只需要把以上的Token放到请求的header里面，并把name设为AUTHORIZATION，然后GET  http:// api.cloudfoundry.com/apps:

 

 

 

返回信息就是该账户下所有的apps列表：

 

 

 

从这里可以得到这个用户的apps的一些基本情况，包括appname、url、所使用的技术、instance数目、资源情况等等。

 

再举一个简单的例子，如果我想做一个Portal列出部署在我的PaaS里面的所有应用，这个API或许可以派上用场。

 

开发一个完善的PaaS不是我们研究院的主要任务，而且搭建一个私有云需要大量的开发量，我只是简单实现了一小部分。如果真打算搭建私有云平台，要做的工作还有很多。譬如ActiveState就基于CloudFoundry，做了一个商业版的PaaS,叫做Stackato[5]，它们也是在Monitor和Manage上面做了很多工作，值得参考一下。

结束语

上下两部分的深入CloudFoundry到这里就写完了。虽然命名为深入，其实很多地方只是简单带过，对CloudFoundry的分析也只到架构一层，还有很多内容可以挖掘，譬如开发自己的Runtime，嵌入新的Service等等，以后如果必要，我可以再写文章聊聊相关内容。第二部分简单介绍了CloudFoundry的安装，以及我们实验室里面的使用，希望对大家有帮助。

 

Cloud Foundry作为业内第一个开源的PaaS，我觉得它给我们打开了一扇研究云计算环境下平台架构设计的窗户，我相信围绕它的周边开发会有一片很大的空间可以让开源界进入，这篇文章只不过是抛砖引玉。