OpenStack 서비스 아키텍처

개요

OpenStack은 분산 마이크로서비스 아키텍처를 따릅니다. 각 서비스는 독립적으로 동작하며, 공통 컴포넌트(인증, 메시징, 데이터베이스)를 공유합니다.

아키텍처 원칙

1. 모듈화 (Modularity)

각 서비스는 독립적인 프로젝트
필요에 따라 서비스 선택 사용

2. 확장성 (Scalability)

수평 확장 (Horizontal Scaling)
서비스 인스턴스 추가로 용량 증가

3. 가용성 (Availability)

Active-Active 또는 Active-Passive 구성
장애 시 자동 전환

4. API 중심 (API-First)

모든 기능이 REST API로 제공
CLI와 Dashboard는 API 래퍼

공통 아키텍처 패턴

모든 OpenStack 서비스는 다음과 같은 공통 패턴을 따릅니다:

1. API Layer (API 계층)

역할:

RESTful API 엔드포인트 제공
인증 및 권한 검증
요청 라우팅

구성 요소:

API Server: HTTP 요청 처리
WSGI Application: Python WSGI 서버 (uWSGI, Gunicorn)
Paste Configuration: API 라우팅 설정

예시 (Nova):

HTTP Request → Nova API → Nova Service

2. Service Layer (서비스 계층)

역할:

비즈니스 로직 처리
작업 스케줄링
리소스 관리

구성 요소:

Service Manager: 서비스 인스턴스 관리
Scheduler: 리소스 할당 결정
Worker: 실제 작업 수행

3. Driver Layer (드라이버 계층)

역할:

백엔드 기술 추상화
다양한 하드웨어/소프트웨어 통합

예시:

Nova: KVM, VMware, Hyper-V 드라이버
Cinder: Ceph, iSCSI, NFS 드라이버
Neutron: OVS, Linux Bridge, SDN 드라이버

4. Database Layer (데이터베이스 계층)

역할:

서비스 상태 저장
메타데이터 관리
트랜잭션 관리

데이터베이스:

각 서비스별 독립 데이터베이스
MySQL/MariaDB/PostgreSQL 사용

5. Message Queue (메시지 큐)

역할:

서비스 간 비동기 통신
작업 큐 관리
이벤트 전달

메시지 큐:

RabbitMQ (기본)
ZeroMQ
Apache Qpid

코어 서비스 아키텍처

1. Keystone (Identity Service)

역할: 인증, 권한 관리, 서비스 카탈로그

주요 컴포넌트:

Identity (인증):

User: 실제 사용자
Group: 사용자 그룹
Project (Tenant): 리소스 격리 단위
Domain: 프로젝트 그룹핑

Authentication (인증 방법):

Password: 사용자명/비밀번호
Token: 임시 토큰 (기본)
Federated: 외부 IdP 통합 (SAML, OAuth)

Authorization (권한):

Role: 권한 정의
Policy: 정책 기반 접근 제어 (JSON 규칙)

Service Catalog:

등록된 서비스 목록 및 엔드포인트

아키텍처:

Client → Keystone API → Backend (SQL/LDAP)
                ↓
         Token 발급
                ↓
    서비스 인증 및 권한 확인

주요 엔드포인트:

/v3/auth/tokens: 토큰 발급
/v3/projects: 프로젝트 목록
/v3/users: 사용자 관리

2. Nova (Compute Service)

역할: 가상 머신 생명주기 관리

주요 컴포넌트:

nova-api:

REST API 제공
인증 및 권한 검증
요청 검증 및 라우팅

nova-conductor:

데이터베이스 접근 중재
장기 작업 관리
Compute 노드와 DB 간 격리

nova-scheduler:

VM 배치 결정
필터 및 웨이더 알고리즘
리소스 가용성 확인

nova-compute:

Compute 노드에서 실행
하이퍼바이저와 통신
VM 생성/삭제/관리

nova-consoleauth:

콘솔 접근 인증

nova-novncproxy:

VNC 프록시

nova-spicehtml5proxy:

SPICE 프록시

아키텍처 흐름 (VM 생성):

1. Client → nova-api (VM 생성 요청)
2. nova-api → Keystone (인증)
3. nova-api → nova-conductor (스케줄링 요청)
4. nova-conductor → nova-scheduler (노드 선택)
5. nova-scheduler → nova-conductor (선택된 노드)
6. nova-conductor → nova-compute (VM 생성 명령)
7. nova-compute → Hypervisor (VM 생성)
8. nova-compute → Message Queue (상태 업데이트)

하이퍼바이저 드라이버:

libvirt/KVM: Linux 기반, 가장 일반적
VMware vSphere: vCenter 통합
Hyper-V: Windows 환경
Xen: Xen 하이퍼바이저
Bare Metal (Ironic): 물리적 서버

3. Neutron (Networking Service)

역할: 네트워크 가상화 및 관리

주요 컴포넌트:

neutron-server:

REST API 제공
플러그인 관리
네트워크 정책 관리

Neutron Plugins:

ML2 (Modular Layer 2): 네트워크 타입 추상화
- Type Drivers: local, flat, vlan, vxlan, gre
- Mechanism Drivers: linuxbridge, openvswitch, SR-IOV

L3 Agent (neutron-l3-agent):

라우터 관리
NAT (SNAT, DNAT)
Floating IP 관리

DHCP Agent (neutron-dhcp-agent):

가상 네트워크에 DHCP 서비스 제공
IP 주소 할당

Metadata Agent (neutron-metadata-agent):

VM 메타데이터 서비스 제공
cloud-init과 통신

Open vSwitch (OVS):

가상 스위치
Flow 규칙 관리
SDN 지원

네트워크 아키텍처:

Provider Networks (간단한 구조):

VM → OVS/Linux Bridge → Physical Network

Self-Service Networks (고급 구조):

VM → Tenant Network (VXLAN/GRE) → Router → External Network

네트워크 구성 요소:

Network: 논리적 네트워크 격리 단위
Subnet: IP 주소 범위 정의
Router: 네트워크 간 라우팅
Port: 네트워크 인터페이스
Security Group: 방화벽 규칙

Service Plugins:

FWaaS (Firewall as a Service): 방화벽 규칙
LBaaS (Load Balancer as a Service): 로드 밸런서
VPNaaS (VPN as a Service): VPN 연결

4. Cinder (Block Storage Service)

역할: 블록 스토리지 볼륨 제공

주요 컴포넌트:

cinder-api:

REST API 제공
요청 검증 및 라우팅

cinder-scheduler:

스토리지 백엔드 선택
용량 및 성능 기반 선택

cinder-volume:

볼륨 관리
백엔드 스토리지와 통신

cinder-backup:

볼륨 백업 관리

스토리지 아키텍처:

VM → Nova → Cinder API → Cinder Volume → Storage Backend

스토리지 백엔드 드라이버:

LVM: 로컬 Logical Volume Manager
Ceph/RBD: 분산 스토리지
NFS: 네트워크 파일 시스템
iSCSI: IP 기반 SAN
Fibre Channel: FC SAN
GlusterFS: 분산 파일 시스템
NetApp, EMC: 상용 스토리지

볼륨 타입 (Volume Types):

성능 특성별 분류
QoS 설정
백엔드 매핑

5. Glance (Image Service)

역할: 가상 머신 이미지 저장 및 관리

주요 컴포넌트:

glance-api:

REST API 제공
이미지 메타데이터 관리

glance-registry:

이미지 메타데이터 데이터베이스 관리 (deprecated)
v2 API에서는 glance-api가 직접 처리

Image Store:

File: 로컬 파일 시스템
Swift: Object Storage
Ceph/RBD: Ceph 스토리지
S3: AWS S3 호환
HTTP: 외부 HTTP 서버

이미지 아키텍처:

Nova → Glance API → Image Store (Swift/File/Ceph)

이미지 형식:

RAW: 원시 디스크 이미지
QCOW2: QEMU Copy-On-Write (권장)
VMDK: VMware
VHD: Hyper-V
ISO: CD/DVD 이미지

이미지 서비스:

이미지 업로드/다운로드
이미지 스냅샷
이미지 공유 (멀티 테넌트)

6. Swift (Object Storage Service)

역할: 대용량 오브젝트 스토리지 제공

주요 컴포넌트:

Proxy Server (swift-proxy-server):

API 요청 처리
요청 라우팅
인증 처리

Object Server (swift-object-server):

실제 데이터 저장
오브젝트 읽기/쓰기

Container Server (swift-container-server):

컨테이너 메타데이터 관리
오브젝트 목록 관리

Account Server (swift-account-server):

계정 메타데이터 관리
컨테이너 목록 관리

Swift 아키텍처:

Ring (분산 해시 테이블):

오브젝트 위치 결정
복제본 배치
파티션 관리

Replication:

자동 복제 (기본 3복제본)
데이터 내구성 보장

Consistency:

최종 일관성 (Eventually Consistent)
자동 복구

스토리지 구조:

Account → Container → Object

주요 특징:

RESTful API: HTTP/HTTPS
무제한 확장: 수평 확장
자동 복제: 장애 복구
비용 효율적: 범용 하드웨어

서비스 간 상호작용

VM 생성 흐름 (종합)

1. 사용자 → Horizon/nova CLI
   ↓
2. nova-api → Keystone (인증 토큰 검증)
   ↓
3. nova-api → Glance (이미지 정보 조회)
   ↓
4. nova-api → Neutron (네트워크 정보 조회)
   ↓
5. nova-api → Cinder (스토리지 정보 조회, 볼륨 생성)
   ↓
6. nova-api → nova-conductor (스케줄링 요청)
   ↓
7. nova-conductor → nova-scheduler (노드 선택)
   ↓
8. nova-scheduler → nova-conductor (선택된 노드)
   ↓
9. nova-conductor → nova-compute (VM 생성 명령)
   ↓
10. nova-compute → Hypervisor (VM 생성)
    ↓
11. nova-compute → Neutron (포트 생성)
    ↓
12. Neutron → DHCP Agent (IP 할당)
    ↓
13. VM 부팅 완료

인증 흐름

1. Client → Keystone (/v3/auth/tokens)
   ↓
2. Keystone → Identity Backend (사용자 인증)
   ↓
3. Keystone → Token 발급
   ↓
4. Client → 서비스 API (X-Auth-Token 헤더)
   ↓
5. 서비스 → Keystone (토큰 검증)
   ↓
6. Keystone → 서비스 (사용자 정보 반환)
   ↓
7. 서비스 → Policy Engine (권한 확인)
   ↓
8. 서비스 → 작업 수행

메시지 큐 아키텍처

RabbitMQ 구조

Exchange:

메시지 라우팅
Topic Exchange: 패턴 기반 라우팅 (기본)

Queue:

작업 큐
각 서비스별 큐

RPC (Remote Procedure Call):

Call: 요청
Cast: 비동기 요청
Fanout: 브로드캐스트

예시 (Nova):

nova-api → RPC Call → nova-scheduler (스케줄링 요청)
nova-scheduler → RPC Cast → nova-compute (비동기 명령)
nova-compute → RPC Cast → nova-conductor (상태 업데이트)

데이터베이스 아키텍처

서비스별 데이터베이스

각 서비스는 독립적인 데이터베이스를 사용:

keystone: 인증 정보
nova: VM 메타데이터
neutron: 네트워크 구성
cinder: 볼륨 메타데이터
glance: 이미지 메타데이터
swift: 메타데이터 (별도)

데이터베이스 고가용성

Active-Passive (Master-Slave):

Galera Cluster (MySQL)
PostgreSQL Streaming Replication

Connection Pooling:

SQLAlchemy 사용
연결 풀 관리

고가용성 (HA) 아키텍처

Active-Active 구성

로드 밸런서:

HAProxy 또는 Keepalived
VIP (Virtual IP) 제공

서비스 인스턴스:

여러 API 서버 실행
로드 밸런서로 분산

데이터베이스:

Galera Cluster (Multi-Master)
또는 Master-Slave

메시지 큐:

RabbitMQ Cluster
Mirrored Queues

예시 구성

Internet
   ↓
Load Balancer (HAProxy)
   ↓
┌──────────┬──────────┬──────────┐
│ nova-api │ nova-api │ nova-api │
│ (Node 1) │ (Node 2) │ (Node 3) │
└──────────┴──────────┴──────────┘
   ↓              ↓              ↓
   └──────────┬───┴──────────────┘
              ↓
    Message Queue (RabbitMQ Cluster)
              ↓
    Database (Galera Cluster)

서비스 배포 모델

1. 모든 서비스 통합 노드 (All-in-One)

구성:

모든 서비스를 하나의 노드에 설치
개발/테스트용

장점:

빠른 설정
최소 리소스

단점:

프로덕션 부적합
성능 제한

2. 3-Node 구성 (최소 프로덕션)

구성:

1개 Controller Node
2개 Compute Nodes

용도:

소규모 프로덕션
개념 증명

3. 분리된 서비스 노드

구성:

3개 Controller Nodes (HA)
여러 Compute Nodes
Storage Nodes (Cinder/Glance)
Network Nodes (Neutron)

용도:

중대규모 프로덕션
엔터프라이즈 환경

보안 아키텍처

인증 및 권한

Multi-Factor Authentication (MFA):

Keystone에서 지원
TOTP, SMS 등

Role-Based Access Control (RBAC):

Policy.json 파일로 정책 정의
서비스별 권한 관리

Service-to-Service 인증:

Service Token 사용
서비스 간 신뢰

네트워크 보안

Security Groups:

VM 레벨 방화벽
iptables 기반

Network Isolation:

VXLAN/GRE 터널링
VLAN 분리

SSL/TLS:

API 엔드포인트 암호화
인증서 관리

모니터링 아키텍처

Telemetry 서비스 (Ceilometer/Gnocchi)

Ceilometer:

메트릭 수집
이벤트 수집

Gnocchi:

시계열 데이터 저장
메트릭 집계

Aodh:

알람 서비스
임계값 기반 알림

데이터 흐름:

서비스 → Notification → Ceilometer → Gnocchi → Aodh

학습 체크리스트

초급

각 코어 서비스의 역할 이해
서비스 간 기본 상호작용 이해
VM 생성 흐름 이해
기본 아키텍처 구성 요소 파악

중급

각 서비스의 상세 컴포넌트 이해
메시지 큐 아키텍처 이해
데이터베이스 구조 이해
네트워크 아키텍처 이해 (Neutron)
스토리지 아키텍처 이해 (Cinder, Swift)

고급

참고

OpenStack 아키텍처 가이드: https://docs.openstack.org/arch-design/
각 서비스별 상세 아키텍처 문서 참조
실제 배포 시 요구사항에 맞게 아키텍처 조정 필요
성능과 가용성을 고려한 설계 중요

tags	지식, 클라우드
aliases	04-지식/클라우드/03_Openstack_서비스_아키텍처, 04-지식/인프라/03_Openstack_서비스_아키텍처

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탐색기

03_Openstack_서비스_아키텍처

OpenStack 서비스 아키텍처

개요

아키텍처 원칙

공통 아키텍처 패턴

1. API Layer (API 계층)

2. Service Layer (서비스 계층)

3. Driver Layer (드라이버 계층)

4. Database Layer (데이터베이스 계층)

5. Message Queue (메시지 큐)

코어 서비스 아키텍처

1. Keystone (Identity Service)

2. Nova (Compute Service)

3. Neutron (Networking Service)

4. Cinder (Block Storage Service)

5. Glance (Image Service)

6. Swift (Object Storage Service)

서비스 간 상호작용

VM 생성 흐름 (종합)

인증 흐름

메시지 큐 아키텍처

RabbitMQ 구조

데이터베이스 아키텍처

서비스별 데이터베이스

데이터베이스 고가용성

고가용성 (HA) 아키텍처

Active-Active 구성

예시 구성

서비스 배포 모델

1. 모든 서비스 통합 노드 (All-in-One)

2. 3-Node 구성 (최소 프로덕션)

3. 분리된 서비스 노드

보안 아키텍처

인증 및 권한

네트워크 보안

모니터링 아키텍처

Telemetry 서비스 (Ceilometer/Gnocchi)

학습 체크리스트

초급

중급

고급

참고

그래프 뷰

목차

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