H26第１回沖縄オープンラボラトリ・ハンズオンセミナー：OpenStack入門

ver1.0 2014/7/26
Etsuji Nakai
（Twitter @enakai00）
openstackOpen source software to build public and private clouds.
OpenStack入門

2
目次
■ OpenStackのこれまで
■ OpenStackの機能概要
■ セキュリティ機能とストレージ機能
■ プロジェクト管理機能
■ OpenStackの特徴と主要コンポーネント
■ コンポーネントのAPI操作
注意：本テキストで扱うOpenStackは、RDO(Havana)がベースとなります。

4
OpenStackとは？
■ OpenStackは、Amazon EC2/S3相当のクラウドインフラを構築するためのオープン
ソースソフトウェアです。
- マルチテナント型のIaaS (Infrastructure as a Service) 環境を提供します。
- 類似のオープンソースには、CloudStack、Eucalyptusなどがあります。
■ 2010年末に「米RackSpace社」と「NASA」が共同で、OpenStackプロジェクトを立ち
あげて、開発をスタートしました。
- RackSpaceが自社開発で利用していた「Swift」（S3相当の機能を提供）とNASAが作りかけて
いた「Nova」（EC2相当の機能を提供）をオープンソース化して提供して、それらをベースにコ
ミュニティモデルでの開発を開始しました。
単なる仮想化管理ツールではなく、
「パブリッククラウドと同等の機能」を
実現することがOpenStackの目的

5
これまでの開発状況
■ これまで、年に2〜3回程度のメジャーバージョンアップが行われています。
■ 当初は、RackSpace社が開発を主導していましたが、2012年にOpenStackの開発を支
える公式の非営利団体である「OpenStack Foudation」が設立されました。
2011 2012 2013 2014
Austin
2010/10/21
Bexar
2011/02/03
Cactus
2011/04/15
Diablo
2011/09/22
Essex
2012/04/05
Folsom
2012/09/27
Grizzly
2013/04/04
Havana
2013/10/17
「最低限動くもの」を
目指して地道に開発
EC2/S3相当機能がほぼ完成
OpenStack Foudation設立
Icehouse
2014/04/17

6
(参考) OpenStack Foundationの設立
http://sourceforge.jp/magazine/12/04/13/0359223

7
OpenStack Foundation Platinum Members
https://www.openstack.org/join(2014/01の情報）

8
OpenStack開発への貢献企業
http://activity.openstack.org/dash/releases/index.html?data_dir=data/havana
開発者の所属企業別の
OpenStack Havana変更数
開発者の所属企業別の
OpenStack Havana問題解決数

9
OpenStackディストリビューション
■ コミュニティで開発されたOpenStackのソースコードを元にして、独自のインストーラ
を組み合わせて簡単にインストールできるようにパッケージ化された「OpenStackディ
ストリビューション」があります。
- 複数の企業/団体から、いくつかのディストリビューションが提供されています。
■ 開発者向けのOpenStackディストリビューション
- DevStack : 最新のソースコードをダウンロードしてOpenStack環境を構成するシェルスクリプ
ト群が提供されています。
■ その他の無償で利用できるOpenStackディストリビューション
- Debian Linux、openSUSE、Ubuntu Linux : OpenStackパッケージを標準で同梱
- RDO : Red Hatが提供するRHEL / Fedoraで利用可能なディストリビューション

10
RDOの特徴
OpenStack Foundation
■
主な活動内容
- RHEL/Fedora用のRPMパッケージを提供
●
http://repos.fedorapeople.org/repos/openstack/
- Puppetベースのインストーラ「Packstack」を提供
- QAフォーラムを運営（Red Hatの開発者が回答してくれることもあります。）
OpenStackを創る人々
のコミュニティ RHEL/FedoraでOpenStackを
使う人々のコミュニティ
http://openstack.redhat.com

12
OpenStackが提供する環境
■ OpenStackのユーザは、Webコンソール
やREST APIを用いて、次のようなコン
ピューティングリソースを利用します。
- 仮想ネットワーク
- 仮想マシンインスタンス
- ブロックボリューム
■ 各ユーザは特定の「プロジェクト」に所
属します。
- プロジェクト内でリソースを共有します。
- プロジェクト全体でのリソース使用量の上
限設定、リソース使用状況のレポーティン
グなどが可能です。
データ領域ブロックボリューム
仮想ルータ
仮想スイッチ
外部ネットワーク
プロジェクト環境
OpenStackユーザ
OS領域
仮想マシンインスタンス

13
OpenStackの仮想ネットワークモデル
■ プロジェクトごとに仮想ルータを用いて、プライベートなネットワークを構成します。
- 仮想ルータの背後に任意の数の仮想スイッチを作成して、接続します。
- それぞれの仮想スイッチは、プライベートIPの独立したサブネットを持ちます。
■ 仮想マシンインスタンス起動時に、接続する仮想スイッチを選択します。
- DHCPでプライベートIPアドレスが割り当てられます。
- 同じプロジェクトの仮想マシンインスタンス間は、プライベートIPで通信できます。
仮想スイッチ
192.168.101.0/24
プロジェクトA
仮想ルータ
プロジェクトB
仮想ルータ
仮想スイッチ
192.168.102.0/24

14
プライベートIPとフローティングIP
■ 外部ネットワークと通信する際は、仮想マシンインスタンスに「フローティングIP」を
割り当てます。
- 外部ネットワークのサブネット上で、フローティングIPとして利用可能なIPアドレスをプールし
ておきます。
- 仮想ルータ上で、フローティングIPとプライベートIPのNATが行われます。
- フローティングIPを割り当てない場合でも、仮想マシンインスタンスから外部ネットワークへの
接続は可能です。（仮想ルータのIPアドレスを代表IPとして、マスカレード接続します。）
Webサーバー DBサーバー
プライベートIP プライベートIP
フローティングIP
外部ネットワークからは
フローティングIPで接続
インスタンス同士は
プライベートIPで接続

15
仮想マシンインスタンスの起動
■ 仮想マシンインスタンスを起動する際は、次の項目を指定します。
- インスタンスタイプ
- テンプレートイメージ (*)
- 接続する仮想ネットワーク
- セキュリティグループ
- キーペア
OS領域
テンプレート
イメージ
複製
複数ネットワーク
接続も可能
セキュリティグループ
形式説明
raw フラットなイメージファイル
AMI/AKI/ARI Amazon EC2が利用する形式
qcow2 Linux KVMが利用する形式
VDI VirtualBoxが利用する形式
VMDK VMwareが利用する形式
VHD Hyper-Vが利用する形式
テンプレートとしてインポート可能なイメージ形式

16
テンプレートイメージの準備方法 (1)
■ Oz（仮想マシンイメージの作成に特化したOSインストールツール）で作成する
- OpenStack用イメージ作成のデファクトツール
- https://github.com/clalancette/oz/wiki
■ ディストリビューション標準のテンプレートイメージを利用
- FedoraのOpenStack対応イメージ
- http://fedoraproject.org/en/get-fedora-options#clouds

17
テンプレートイメージの準備方法 (2)
■ Red Hat Enterprise Linux (RHEL)では、RHEL6.4より、OpenStackで利用可能なテン
プレートイメージが提供されています。
- これをダウンロードして、OpenStackに登録することで、すぐにRHELの仮想マシンを起動する
ことができます。

18
セキュリティ機能とストレージ機能

19
セキュリティグループ
■ 仮想マシンインスタンスの受信パケットを「セキュリティグループ」でフィルタリング
します。
- セキュリティグループを作成して、「プロトコル、宛先ポート、送信元IP」などの条件で受信を
許可するパケットを指定します。
HTTPの受信許可
Pingの受信許可
セキュリティグループ「default」の
仮想マシンからは任意の受信許可
- 仮想マシンインスタンス起動時に
適用するセキュリティグループを
指定します。
SSHの受信許可
送信は自由に可能

20
キーペアによるSSHログイン認証
■ 事前に公開鍵を登録しておき、仮想マシンインスタンス起動時にゲストOSに埋め込み
ます。
- 公開鍵の登録は、ユーザ個別に行います。複数ユーザでキーペアを共有する形にはなりません。
ユーザ情報データベース
仮想マシンインスタンス
②公開鍵をゲストOSに埋め込み
秘密鍵
公開鍵
①公開鍵を事前に登録
③秘密鍵で認証

21
インスタンスタイプとディスク領域の関係
■ デフォルトで用意されるインスタンスタイプは次のようになります。
- ルートディスクは、テンプレートイメージを複製した後に指定のサイズまで拡張されます。
■ 管理者ユーザは任意のインスタンスタイプを定義することができます。
- 一時ディスクとスワップディスクを与えると、ゲストOSからは下図のように認識されます。
- これらのディスク領域は、仮想マシンインスタンスを停止するとすべて破棄されます。（永続保
存が必要なユーザデータは、ブロックボリュームに保存します。）
インスタンスタイプ仮想CPU メモリ
ルート
ディスク
一時
ディスク
スワップ
ディスク
m1.tiny 1 512MB 1GB 0 0
m1.small 1 2GB 20GB 0 0
m1.medium 2 4GB 40GB 0 0
m1.large 4 4GB 80GB 0 0
m1.xlarge 8 8GB 160GB 0 0
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
vda 252:0 0 20G 0 disk
└─vda1 252:1 0 20G 0 part /
vdb 252:16 0 5G 0 disk /mnt
vdc 252:32 0 1G 0 disk [SWAP] スワップディスク
ルートディスク
一時ディスク

22
仮想マシンインスタンスのスナップショット
■ 仮想マシンインスタンスの「スナップショット」により、ルートディスクを複製して保
存することができます。
OS領域
テンプレートイメージ
テンプレートイメージから
仮想マシンインスタンス起動
インスタンスの
スナップショット
OS領域
ルートディスクを複製して
スナップショットを作成
スナップショットから
仮想マシンインスタンス起動

23
ブロックボリュームの使い方
■ ブロックボリュームは、仮想マシンインスタンスを停止してもそのまま残るので、永続
的なデータ保存領域として使います。
データ領域
③スナップショット作成
④スナップショットを複製して
新たなブロックボリュームを作成
②仮想マシンインスタンスに
接続してデータ領域として使用
データ領域
他の仮想マシンインスタンスに
再接続可能（同時接続は不可）
①新規ブロックボリュームを作成
OS領域 OS領域

24
ブロックボリュームの使い方
OS領域
仮想マシンインスタンスに
接続してゲストOS起動
テンプレートイメージを複製して
ブロックボリュームを作成
OS領域
テンプレート
イメージ
OS領域
スナップショット作成
OS領域
複製
■ ブロックボリュームにゲストOSをインストールして、ブロックボリュームから仮想マ
シンインスタンスを起動することも可能です。
- 仮想マシンインスタンスを停止しても、OS領域への変更が破棄されずに残ります。
- スナップショットを作成しておき、仮想マシンインスタンスを起動するタイミングで、スナップ
ショットから新しいブロックボリュームを用意することも可能です。

25
新規プロジェクト / ユーザの作成

26
プロジェクト単位のリソース使用レポート
現在の使用量指定期間の累計

27
プロジェクトのリソース使用量の上限

28
OpenStackの特徴と主要コンポーネント

29
OpenStackの主要コンポーネント
■ OpenStackでは、機能別にソフトウェアをモジュール化して開発が進められています。
- Swift : オブジェクトストレージ
●
ファイル単位で出し入れするだけの単純なファイルストア
- Nova : 仮想マシンの配置決定と起動・停止処理
- Glance : 仮想マシンイメージの管理
●
バックエンドにSwift、その他のストレージを使用
- Cinder : ブロックボリュームの提供
●
サンプル実装では、Linux LVM + iSCSIソフトウェアターゲットを使用
●
外部のストレージ装置をバックエンドにすることも可能
- Keystone : 統合認証機能
- Neutron : 仮想ネットワーク管理機能（Quantumから改名）
●
仮想ネットワークの作成を外部のプラグインモジュール（SDN製品）に移譲
●
標準提供のプラグインでは、Linux bridge、もしくは、Open vSwitchを使用
- Horizon : GUIコンソールのサンプル実装

30
コンポーネント間の連携処理
■ Webコンソールで操作をすると、REST API経由で各モジュールに指示が飛びます。ま
た、クライアントは、各モジュールのREST APIを直接操作することも可能です。
- これにより、プログラムコードからの呼び出しによる環境操作の自動化が可能になります。
仮想マシン
イメージ
Nova
Compute
Nova
Compute
Glance Horizon Neutron
管理ネットワーク
LUN
仮想ネットワーク作成
仮想マシン起動
ブロックボリューム提供
（iSCSI）
認証サーバ
テンプレート
イメージ保存
MySQL
Network
Node
Nova
Compute
Cinder
Keystone
Swift
メッセージキュー
パブリックネットワーク
クライアントPC
Webコンソールアクセス
テンプレート
イメージ検索
テンプレート
ダウンロード
QPID
データベース
LUN
LUN
Nova

31
OpenStackの特徴
■ APIで操作する「Programmable Infrastructure」の提供
- 既存のGUI・ワークフローに縛られたくないユーザ層の獲得
- プログラムによるインフラ環境の自動構築・変更に対応
■ スケーラビリティを意識した疎結合アーキテクチャ
- コンピューティングノードの追加が容易/コントローラの負荷分散が可能
- システム設計、運用・管理にはこれまでとは違うノウハウが必要
■ Driver/Pluginによる外部コンポーネントとの連携
- 既存インフラと連携・統合するための作りこみが可能
- サードパーティ製品連携のエコシステム
ここがポイント

32
http://www.slideshare.net/gmccance/cern-data-centre-evolution
システムアーキテクチャのパラダイムシフト

33
コンポーネントのAPI操作

34
コンポーネントのAPI操作のパターン
■ コンポーネントのAPIを操作する際は、2種類のパターンがあります。
- ユーザがダッシュボード経由で各コンポーネントのAPIを操作、もしくは、直接にAPIを操作
- あるコンポーネントが他のコンポーネントに処理を依頼するためにAPIを操作
データベース
MySQL
メッセージング
QPID
共有データ保存
エージェント通信の
メッセージ中継
Horizon
（ダッシュボード）
Keystone
（ユーザ認証）
Neutron
（仮想ネットワーク）
Cinder
（ブロックボリューム）
Nova
（仮想マシン）
Glance
（テンプレート）
のダウンロード
ブロックボリューム
の接続
仮想ネットワークへの接続
APIアクセス Webブラウザ
アクセス

35
API操作のユーザ認証
■ コンポーネントのAPIを操作する際は、ユーザ認証が必要となります。
- ユーザ、もしくは、コンポーネントは、KeystoneからAPI操作を許可する「トークン」を取得し
た後に、操作対象コンポーネントのAPIにリクエストを送信します。（各コンポーネントは、自
分自身を表す「ユーザ」がKeystoneに事前に登録されています。）
- Keystoneからトークンを取得する際に、操作対象コンポーネントのAPIのURLを併せて取得しま
す。したがって、ユーザは、KeystoneのAPIのURLだけを知っている必要があります。
Horizon
Keystone
Neutron
Cinder
Nova
Glance

37
Keystoneのコマンド操作例 (3)
■ 各コマンドラインツールは、「helpサブコマンド」でサブコマンドの一覧や各サブコマ
ンドの詳細が確認できます。
# keystone help ← サブコマンドの一覧
# keystone help user-list ← サブコマンド「user-list」の詳細説明

38
仮想マシンインスタンスの起動
■ NovaのAPIに仮想マシンインスタンスの起動を指示すると、Glance / Netronと連携し
て、インスタンスの起動と仮想ネットワーク接続の処理が行われます。
- Novaは、Glance APIを通じて、テンプレートイメージをコンピュートノードにコピーします。
- 同じく、Neutron APIを通じて、仮想マシンインスタンスを仮想ネットワークに接続します。
Horizon
Keystone
Neutron
Cinder
Nova
Glance
のダウンロード
仮想ネットワークへの接続

39
仮想マシンインスタンスの起動 (1)
■ 次は、novaコマンドで仮想マシンインスタンスの起動に必要な情報を確認しています。
# . keystonerc_demo_user
# nova flavor-list
+----+-----------+-----------+------+-----------+------+-------+-------------+-----------+-------------+
| ID | Name | Memory_MB | Disk | Ephemeral | Swap | VCPUs | RXTX_Factor | Is_Public | extra_specs |
+----+-----------+-----------+------+-----------+------+-------+-------------+-----------+-------------+
| 1 | m1.tiny | 512 | 0 | 0 | | 1 | 1.0 | True | {} |
| 2 | m1.small | 2048 | 20 | 0 | | 1 | 1.0 | True | {} |
| 3 | m1.medium | 4096 | 40 | 0 | | 2 | 1.0 | True | {} |
| 4 | m1.large | 8192 | 80 | 0 | | 4 | 1.0 | True | {} |
| 5 | m1.xlarge | 16384 | 160 | 0 | | 8 | 1.0 | True | {} |
+----+-----------+-----------+------+-----------+------+-------+-------------+-----------+-------------+
# nova keypair-list
+-------+-------------------------------------------------+
| Name | Fingerprint |
+-------+-------------------------------------------------+
| mykey | 31:8c:0e:43:67:40:f6:17:a3:f8:3f:d5:73:8e:d0:30 |
+-------+-------------------------------------------------+
# nova image-list
+--------------------------------------+----------+--------+--------+
| ID | Name | Status | Server |
+--------------------------------------+----------+--------+--------+
| 702d0c4e-b06c-4c15-85e5-9bb612eb6414 | Fedora19 | ACTIVE | |
+--------------------------------------+----------+--------+--------+
# nova secgroup-list
+---------+-------------+
| Name | Description |
+---------+-------------+
| default | default |
+---------+-------------+
# nova net-list
+--------------------------------------+-------------+------+
| ID | Label | CIDR |
+--------------------------------------+-------------+------+
| 843a1586-6082-4e9f-950f-d44daa83358c | private01 | None |
| d3c763f0-ebf0-4717-b3fc-cda69bcd1957 | private02 | None |
| d8040897-44b0-46eb-9c51-149dfe351bbe | ext-network | None |
+--------------------------------------+-------------+------+
NovaからGlance APIを呼び出して
情報を取得しています。
NovaからNeutron APIを呼び出して
情報を取得しています。

40
■ 次は、確認した情報を元に、仮想マシンインスタンスを起動しています。
# nova boot --flavor m1.small --image Fedora19 --key-name mykey
--security-groups default --nic net-id=843a1586-6082-4e9f-950f-d44daa83358c vm01
+-----------------------------+--------------------------------------+
| Property | Value |
+-----------------------------+--------------------------------------+
| status | BUILD |
| updated | 2013-11-22T06:22:52Z |
| OS-EXT-STS:task_state | scheduling |
| key_name | mykey |
| image | Fedora19 |
| hostId | |
| OS-EXT-STS:vm_state | building |
| flavor | m1.small |
| id | f40c9b76-3891-4a5f-a62c-87021ba277ce |
| security_groups | [{u'name': u'default'}] |
| user_id | 2e57cd295e3f4659b151dd80f3a73468 |
| name | vm01 |
| adminPass | 5sUFyKhgovV6 |
| tenant_id | 555b49dc8b6e4d92aa74103bfb656e70 |
| created | 2013-11-22T06:22:51Z |
| OS-DCF:diskConfig | MANUAL |
| metadata | {} |
（中略）
+-----------------------------+--------------------------------------+
# nova list
+--------------------------------------+------+--------+-------------------------+
| ID | Name | Status | Networks |
+--------------------------------------+------+--------+-------------------------+
| f40c9b76-3891-4a5f-a62c-87021ba277ce | vm01 | ACTIVE | private01=192.168.101.3 |
+--------------------------------------+------+--------+-------------------------+

41
■ 「カスタマイズスクリプト」を使用する際は、スクリプトを記載したファイルを用意し
て、「--user-data」オプションで指定します。
- 次の例では、カスタマイズスクリプトを指定して仮想マシンインスタンスを起動した後、フロー
ティングIPを割り当てて、実際にログインしています。
# cat hello.txt
#!/bin/sh
echo 'Hello, World!' > /etc/motd
# nova boot --flavor m1.small --image Fedora19 --key-name mykey
--security-groups default --nic net-id=843a1586-6082-4e9f-950f-d44daa83358c
--user-data hello.txt vm01
# nova floating-ip-list
+--------------+-------------+----------+-------------+
| Ip | Instance Id | Fixed Ip | Pool |
+--------------+-------------+----------+-------------+
| 172.16.1.101 | None | None | ext-network |
+--------------+-------------+----------+-------------+
# nova add-floating-ip vm01 172.16.1.101
# ssh -i ~/mykey.pem fedora@172.16.1.101
The authenticity of host '172.16.1.101 (172.16.1.101)' can't be established.
RSA key fingerprint is b7:24:54:63:1f:02:33:4f:81:a7:47:90:c1:1b:78:5a.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)? yes
Warning: Permanently added '172.16.1.101' (RSA) to the list of known hosts.
Hello, World!
[fedora@vm01 ~]$

42
ブロックボリュームの作成と接続
■ CinderのAPIを通して、ブロックボリュームの作成・削除・スナップショット作成など
が可能です。
- 仮想マシンインスタンスにブロックボリュームを接続する際は、NovaのAPIに指示を出すと、
NovaがCinderのAPIを経由して連携処理を行います。
Horizon
Keystone
Neutron
Cinder
Nova
Glance
ブロックボリューム
の接続

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