探索 OpenStack 之（17）：计量模块 Ceilometer 中的数据收集机制

本文将阐述 Ceilometer 中的数据收集机制。Ceilometer 使用三种机制来收集数据：

Notifications：Ceilometer 接收 OpenStack 其它服务发出的 notification message
Polling：直接从 Hypervisor 或者使用 SNMP 从host machine，或者使用 OpenStack 其它服务的 API 来获取数据。
RESTful API：别的 application 使用 Ceilometer 的 REST API 创建 samples。

1. Notifications

1.1 被 Ceilometer 处理的 notifications

所有的 OpenStack 服务都会在执行了某种操作或者状态变化时发出 notification。一些 nofication message 会包含 metering 需要的数据，这部分消息会被ceilometer 处理并转化为samples。下表列出了目前 Ceilometer 所处理的各服务的notification：

（参考文档： http://docs.openstack.org/admin-guide-cloud/content/section_telemetry-notifications.html）

Table 8.1. Consumed event types from OpenStack services
OpenStack service	Event types	Note
OpenStack Compute	scheduler.run_instance.scheduled，scheduler.select_destinations compute.instance.*	For a more detailed list of Compute notifications please check the System Usage Data wiki page.
Bare metal module for OpenStack	hardware.ipmi.*
OpenStack Image Service	image.update，image.upload，image.delete，image.send	The required configuration for Image service can be found in the Configure the Image Service for Telemetry section section in theOpenStack Installation Guide.
OpenStack Networking	floatingip.create.end，floatingip.update.，floatingip.exists network.create.end，network.update.，network.exists port.create.end，port.update.，port.exists router.create.end，router.update.，router.exists subnet.create.end，subnet.update.*，subnet.exists l3.meter
Orchestration module	orchestration.stack.create.end，orchestration.stack.update.end orchestration.stack.delete.end，orchestration.stack.resume.end orchestration.stack.suspend.end
OpenStack Block Storage	volume.exists，volume.create.，volume.delete. volume.update.，volume.resize.，volume.attach.* volume.detach.* snapshot.exists，snapshot.create.* snapshot.delete.，snapshot.update.	The required configuration for Block Storage service can be found in the Add the Block Storage service agent for Telemetry sectionsection in the OpenStack Installation Guide.

1.2 Cinder Volume Notificaitons 发出过程

Cinder 中 /cinder/volume/util.py 的 notify_about_volume_usage 函数负责调用 oslo.message 的方法来发出 volume usage 相关的 notificaiton message：

def notify_about_volume_usage(context, volume, event_suffix,

                              extra_usage_info=None, host=None):

    if not host:

        host = CONF.host

    if not extra_usage_info:

        extra_usage_info = {}

    usage_info = _usage_from_volume(context, volume, **extra_usage_info)

    rpc.get_notifier("volume", host).info(context, 'volume.%s' % event_suffix, usage_info)

下图显示了该函数被调用的地方。可见：

Controller 节点上的 cinder-api 会发出 Info 级别的 volume.update.* notificaiton
Controller 节点上的 cinder-scheduler 会发出 Info 级别的volume.create.* notification
Volume 节点上的 cinder-volume 会发出 Info 级别的别的 volume.*.* notificaiton

再看看 notification 发出的时机。以 volume.update.* 为例：

 @wsgi.serializers(xml=VolumeTemplate)

    def update(self, req, id, body):

        """Update a volume."""

       ...

        try:

            volume = self.volume_api.get(context, id, viewable_admin_meta=True)

            volume_utils.notify_about_volume_usage(context, volume, 'update.start') #开始更新前发出 volume.update.start notificaiton

            self.volume_api.update(context, volume, update_dict)

        except exception.NotFound:

            msg = _("Volume could not be found")

            raise exc.HTTPNotFound(explanation=msg)

        volume.update(update_dict)

        utils.add_visible_admin_metadata(volume)

        volume_utils.notify_about_volume_usage(context, volume, 'update.end') #更新结束后发出 volume.update.end notification

        return self._view_builder.detail(req, volume)

在来看看使用 notificaiton driver 是如何发出 notification 的：

// /oslo/messaging/notify/_impl_messaging.py，
// notificaiton driver 由 cinder.conf 配置项 notification_driver = cinder.openstack.common.notifier.rpc_notifier 指定，它实际对应的是 oslo.messaging.notify._impl_messaging:MessagingDriver (对应关系由 cinder/setup.cfg 定义)
def notify(self, ctxt, message, priority, retry):

        priority = priority.lower()

        for topic in self.topics:

            target = messaging.Target(topic='%s.%s' % (topic, priority)) #topic 是 notificaitons.info，因此会被发到同名的queue。使用默认的由 cinder.conf 中配置项 control_exchange 指定的exchange，其默认值为 openstack。而 topic 中的 "notifications" 由配置项 #notification_topics=notifications 指定。

            try:

                self.transport._send_notification(target, ctxt, message, version=self.version, retry=retry) #Send a notify message on a topic

            except Exception:

                ......

因此，为了 Cinder 能正确发出 notificaiton 被 Ceilometer 接收到，需要在 controller 节点和 cinder-volume 节点上的 cinder.conf 中做如下配置：

control_exchange = cinder #因为queue "notificaitons.info" 是 bind 到 "cinder" exchange 上的，所以 cinder 的 notificaiton message 需要被发到 “cinder” exchange。

notification_driver = cinder.openstack.common.notifier.rpc_notifier #在某些时候 /oslo/messaging/notify/_impl_messaging.py 不存在，需要手工从别的地方拷贝过来

Cinder 还有会同样的方式发出别的资源的notification：

 81: rpc.get_notifier("volume", host).info(context, 'volume.%s' % event_suffix,

113: rpc.get_notifier('snapshot', host).info(context, 'snapshot.%s' % event_suffix,

129: rpc.get_notifier('replication', host).info(context, 'replication.%s' % suffix,

145: rpc.get_notifier('replication', host).error(context, 'replication.%s' % suffix,

174: rpc.get_notifier("consistencygroup", host).info(context,'consistencygroup.%s' % event_suffix,

204: rpc.get_notifier("cgsnapshot", host).info(

但是目前 Ceilometer 只处理 volume 和 snapshot notificaiton message。

1.3 Ceilometer 处理 Volume notifications 的过程

Ceilometer 从 AMQP message queue "notifications.info" 中获取 notificaiton 消息。该 queue 的名字由 ceilometer.conf 中的配置项 notification_topics = notifications 指定。它会按照一定的方法将 notification 转化为 ceilometer event，然后再转化为 samples。

1.4 Cinder 到 Ceilometer 全过程

（1） cinder-* 发出 event-type 为 "volume.*.*" topic 为"<topic>.<priority>" 的消息到类型为 topic 名为 <service> 的exchange

（2）exchange <service> 和 queue "<topic>.<priority>" 使用 routing-key "<topic>.<priority>" 绑定

（3）notificaiton message 被 exchange 转发到 queue "<topic>.<priority>"

（4）ceilometer-agent-notification 从 queue "<topic>.<priority>" 中获取 message

这里对cinder 来说：

<service> 是 "cinder"。需要注意 cinder 默认的 control exchange 是 "openstack"，所以使用 ceilometer 时需要将其修改为 "cinder"。
<topic> 是 "notificaitons"，由 cinder.conf 中的配置项 notification_topics=notifications 指定。
<priority> 是 "info"，由 cinder 代码中写死的。
notificaiton message 的数据内容可参考 https://wiki.openstack.org/wiki/SystemUsageData

2. Polling

Ceilometer 的 polling 机制使用三种类型的 agent：

Compute agent
Central agent
IPMI agent

在 Kilo 版本中，这些 agent 都属于 ceilometer-polling，不同的是，每种agent使用不同的 polling plug-ins (pollsters)

2.1 Central agent

该 agent 负责使用个 OpenStack 服务的 REST API 来获取 openstack 资源的各种信息，以及通过 SNMP 来获取 hardware 资源的信息。这些资源包括：

OpenStack Networking
OpenStack Object Storage
OpenStack Block Storage
Hardware resources via SNMP
Energy consumption metrics via Kwapi framework

该 agent 收集到的 samples 会通过 AMQP 发给 Ceilometer Collector 或者外部系统。

2.2 Compute agent

Compute agent 安装在 compute node 上，负责收集在上面运行的虚机的使用数据。它是通过调用 hypervisor SDK 来收集数据的。到目前为止支持的hypervisor包括：

Kernel-based Virtual Machine (KVM)
Quick Emulator (QEMU)
Linux Containers (LXC)
User-mode Linux (UML)
Hyper-V
XEN
VMWare vSphere

除了虚机外，该 agent 还能够收集 compute 节点 cpu 的数据。这功能需要配置 nova.conf 文件中的 compute_monitors 项为 ComputeDriverCPUMonitor。

2.3 IPMI agent

IPMI agent 负责在 compute 节点上收集 IPMI 传感器（sensor）的数据，以及Intel Node Manager 的数据。

3. 使用 Ceilometer REST API 创建 samples

$ ceilometer sample-create -r 37128ad6-daaa-4d22-9509-b7e1c6b08697 -m memory.usage --meter-type gauge --meter-unit MB --sample-volume 48

+-------------------+--------------------------------------------+

| Property          | Value                                      |

+-------------------+--------------------------------------------+

| message_id        | 6118820c-2137-11e4-a429-08002715c7fb       |

| name              | memory.usage                               |

| project_id        | e34eaa91d52a4402b4cb8bc9bbd308c1           |

| resource_id       | 37128ad6-daaa-4d22-9509-b7e1c6b08697       |

| resource_metadata | {}                                         |

| source            | e34eaa91d52a4402b4cb8bc9bbd308c1:openstack |

| timestamp         | 2014-08-11T09:10:46.358926                 |

| type              | gauge                                      |

| unit              | MB                                         |

| user_id           | 679b0499e7a34ccb9d90b64208401f8e           |

| volume            | 48.0                                       |

+-------------------+--------------------------------------------+

4. 收集 Neutron Bandwidth samples

Havana 版本中添加该功能。与 Ceilometer 其他采集方式不同的是，bandwidth 的采集是通过 neutron-meter-agent 收集，然后 push 到 oslo-messaging，ceilometer-agent-notification通过监听消息队列来收取bandwidth信息。

其实现是在 L3 router 层次来收集数据，因此需要操作员配置 IP 范围以及设置标签（label）。比如，我们加两个标签，一个表示内部网络流量，另一个表示外部网络流量。每个标签会计量一定IP范围内的流量。然后，每个标签的带宽的测量数据会被发到 MQ，然后被 Ceilometer 收集到。

参考链接：

https://wiki.openstack.org/wiki/Neutron/Metering/Bandwidth

https://openstackr.wordpress.com/2014/05/23/bandwidth-monitoring-with-neutron-and-ceilometer/

5. 收集物理设备samples

5.1 使用 kwapi kwapi 收集设备能耗数据

有时候我们需要收集 OpenStack 集群中服务器的能耗数据。kwapi 是采集物理机能耗信息的项目，agent-central 组件通过kwapi暴露的api来收集物理机的能耗信息。目前 kwapi 提供两个类型的计量数据：

Energy (cumulative type): 表示 kWh.
Power (gauge type): 表示 watts.

Ceilometer central agent 的 pollers 直接调用 kwapi 的 API 来获取 samples。

参考文档：

http://kwapi.readthedocs.org/en/latest/architecture.html

http://blog.zhaw.ch/icclab/collecting-energy-consumption-data-using-kwapi-in-openstack/

http://perso.ens-lyon.fr/laurent.lefevre/greendayslux/GreenDays_Rossigneux.pdf

5.2 使用 snmp 协议收集硬件的CPU、MEM、IO等信息

在 IceHouse 中新增该功能。

参考文档：http://www.cnblogs.com/smallcoderhujin/p/4150368.html

6. 基于 OpenDayLight 收集 SDN samples

OpenDayLight 是 SDN 解决方案的开源项目，它的规范中包括暴露 REST API 接口来提供SDN内部的一些信息，Ceilometer Central agent 正是通过这些 API 来收集网络组件的信息。

基本实现：

Central agent 不直接调用 OpenDayLight 的 REST API，而是实现了一个 driver 来调用。
Driver 调用 REST API 收集统计数据，返回 volume、resource id 和 metadata 给 pollster。
Pollster 负责产生 samples。

实现代码在OpenStack 的 \ceilometer\network\statistics 目录中。

参考链接：

https://blueprints.launchpad.net/ceilometer/+spec/monitoring-network-from-opendaylight

https://wiki.openstack.org/wiki/Ceilometer/blueprints/monitoring-network

总结图：