OpenStack Nova 创建虚拟机

创建虚拟机的过程是一个经典的分布式、异步、状态驱动的工作流。其核心设计哲学是：API 接收请求 -> 调度决策 -> 资源分配 -> 虚拟化层执行。整个过程涉及多个 Nova 服务以及外部组件（Glance, Neutron, Cinder, Keystone）。
1、基本流程

sequenceDiagram    participant User    participant nova-api    participant DB as Nova DB    participant MQ as Message Queue    participant Scheduler    participant Conductor    participant Compute    participant Libvirt    participant Glance    participant Neutron    participant Cinder    User->>nova-api: 1. POST /servers (创建实例)    nova-api->>DB: 2. 创建初始实例记录(state: BUILDING)    nova-api->>MQ: 3. cast(run_instance to scheduler)    Scheduler->>MQ: 4. 获取消息    Scheduler->>DB: 5. 查询资源    Scheduler->>MQ: 6. cast(build_and_run_instance to compute.X)    Compute->>MQ: 7. 获取消息    Compute->>Conductor: 8. 请求资源(镜像、网络等)    Conductor->>DB: 9. 查询数据    Conductor-->>Compute: 10. 返回信息    Compute->>Glance: 11. 下载镜像    Compute->>Neutron: 12. 分配网络    Compute->>Cinder: 13. 挂接卷(如适用)    Compute->>Libvirt: 14. 定义并启动域(XML)    Libvirt-->>Compute: 15. 成功    Compute->>DB: 16. 更新状态(state: ACTIVE)    Compute->>MQ: 17. 发送状态事件流程可分为三大阶段：

• API 阶段 (nova-api)：接收并验证请求，创建数据库记录，立即返回响应，将后续任务异步下发。
  
• 调度阶段 (nova-scheduler)：决策虚拟机在哪个计算节点上启动。
  
• 构建阶段 (nova-compute)：与各类服务交互准备资源，调用 Hypervisor 真正创建虚拟机。
  

2、详细流程源码分析

2.1 API请求入口

nova/api/openstack/compute/servers.py

1. # nova/api/openstack/compute/servers.py (Caracal版本)
3. class ServersController(wsgi.Controller):
4.     @wsgi.response(202)
5.     @validation.schema(schema_server_create_v242, '2.42')
6.     def create(self, req, body):
7.         """处理创建虚拟机API请求"""
8.         context = req.environ['nova.context']
9.         server = body['server']
10.         
11.         # 1. 参数校验与提取
12.         name = server['name']
13.         image_ref = server.get('imageRef')
14.         flavor_ref = server.get('flavorRef')
15.         
16.         # 2. 创建实例对象
17.         instance = objects.Instance(context=context)
18.         instance.display_name = name
19.         instance.image_ref = image_ref
20.         
21.         # 3. 调用Compute API
22.         (instances, resv_id) = self.compute_api.create(
23.             context,
24.             instance_type=flavor_ref,
25.             image_href=image_ref,
26.             # ...其他参数
27.         )
28.         
29.         # 4. 返回202 Accepted响应
30.         return wsgi.ResponseObject({}, status=202)

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2.1 核心创建逻辑

nova/compute/api.py

1. # nova/compute/api.py (Caracal版本)
3. class API(base.Base):
4.     @check_instance_create
5.     @wrap_exception()
6.     def create(self, context, instance_type, image_href, **kwargs):
7.         # 1. 配额检查（使用Placement API）
8.         self._check_quotas(context, requested_cores, requested_ram, ...)
9.         
10.         # 2. 创建RequestSpec对象
11.         request_spec = objects.RequestSpec(
12.             context=context,
13.             flavor=flavor,
14.             image=image_meta,
15.             num_instances=num_instances,
16.             # ...其他参数
17.         )
18.         
19.         # 3. 安全组处理（使用Neutron API）
20.         security_groups = self._get_requested_security_groups(context, ...)
21.         
22.         # 4. 异步调用Conductor
23.         self.compute_task_api.schedule_and_build_instances(
24.             context,
25.             request_spec=request_spec,
26.             security_groups=security_groups,
27.             # ...其他参数
28.         )

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2.3 调度决策

nova/scheduler/manager.py

1. # nova/scheduler/manager.py (Caracal版本)
3. class SchedulerManager(manager.Manager):
4.     @messaging.expected_exceptions(exception.NoValidHost)
5.     def select_destinations(self, context, request_spec, ...):
6.         # 1. 获取所有主机状态（从Placement）
7.         hosts = self.host_manager.get_all_host_states(context)
8.         
9.         # 2. 应用过滤器链
10.         filter_properties = self._get_filter_properties(request_spec)
11.         hosts = self.host_manager.get_filtered_hosts(hosts, filter_properties)
12.         
13.         # 3. 权重计算
14.         weighed_hosts = self.host_manager.get_weighed_hosts(
15.             hosts, request_spec, filter_properties)
16.         
17.         # 4. 选择目标主机
18.         selections = []
19.         for i in range(request_spec.num_instances):
20.             if not weighed_hosts:
21.                 raise exception.NoValidHost(reason="")
22.             chosen_host = weighed_hosts.pop(0).obj
23.             selections.append(chosen_host)
24.         
25.         return selections

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2.4 计算节点执行

nova/compute/manager.py

1. # nova/compute/manager.py (Caracal版本)
3. class ComputeManager(manager.Manager):
4.     @wrap_exception()
5.     @wrap_instance_fault
6.     def build_and_run_instance(self, context, instance, request_spec, ...):
7.         # 1. 准备网络（使用Neutron API）
8.         network_info = self.network_api.allocate_for_instance(
9.             context, instance, requested_networks, ...)
10.         
11.         # 2. 处理块设备（使用Cinder API）
12.         block_device_info = self._prep_block_device(
13.             context, instance, bdms, ...)
14.         
15.         # 3. 获取镜像元数据
16.         image_meta = self._get_image_metadata(context, instance.image_ref)
17.         
18.         # 4. 调用Driver创建虚拟机
19.         self.driver.spawn(
20.             context, instance, image_meta,
21.             injected_files=injected_files,
22.             admin_password=admin_password,
23.             network_info=network_info,
24.             block_device_info=block_device_info)
25.         
26.         # 5. 更新实例状态
27.         instance.vm_state = vm_states.ACTIVE
28.         instance.task_state = None
29.         instance.save()

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2.5 Hypervisor交互

nova/virt/libvirt/driver.py

1. # nova/virt/libvirt/driver.py (Caracal版本)
3. class LibvirtDriver(driver.ComputeDriver):
4.     def spawn(self, context, instance, image_meta, **kwargs):
5.         # 1. 准备磁盘（支持多种后端）
6.         disk_info = self._create_image(context, instance, image_meta)
7.         
8.         # 2. 生成安全启动配置
9.         secure_boot = self._get_secure_boot_config(instance)
10.         
11.         # 3. 生成Libvirt XML
12.         # /var/lib/nova/instances/<instance-uuid>/libvirt.xml
13.         xml = self._get_guest_xml(
14.             context, instance, disk_info,
15.             network_info=kwargs['network_info'],
16.             block_device_info=kwargs['block_device_info'],
17.             secure_boot=secure_boot)
18.         
19.         # 4. 定义并启动虚拟机
20.         guest = self._host.get_guest()
21.         guest.create(xml, flags=libvirt.VIR_DOMAIN_START_PAUSED)
22.         
23.         # 5. 注入元数据
24.         self._inject_data(instance, network_info=kwargs['network_info'])
25.         
26.         # 6. 恢复虚拟机运行
27.         guest.resume()

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3、常见问题

3.1 查看实例错误状态

第一步永远是查看实例的详细状态

1. openstack server show b2c3d4e5-f6g7-8901-bcde-f12345678901 -c status -c fault

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1. +--------+----------------------------------------------------------------------------------------------------+
2. | Field  | Value                                                                                              |
3. +--------+----------------------------------------------------------------------------------------------------+
4. | fault  | {                                                                                                  |
5. |        |   "message": "No valid host was found. There are not enough hosts available.",                     |
6. |        |   "code": 500,                                                                                     |
7. |        |   "details": "Exceeded maximum number of retries. Exception: No valid host was found. ...",        |
8. |        |   "created": "2025-09-15T10:23:12Z"                                                                |
9. |        | }                                                                                                  |
10. | status | ERROR                                                                                              |
11. +--------+----------------------------------------------------------------------------------------------------+

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fault 字段通常会给出比较直接的错误原因。
3.2 根据状态定位问题阶段

• 长时间处于 SCHEDULING 状态：
  
  
  
  • 问题：nova-scheduler 无法找到合适的主机。
    
  • 排查：
    
    
    • 资源不足：检查目标主机是否有足够的 CPU、内存、磁盘。使用 openstack hypervisor stats show 和 openstack hypervisor show 。
      
    • 过滤器导致：检查 nova-scheduler 日志，看主机是如何被过滤掉的。常见于强制策略（如 DifferentHostFilter 找不到另一个实例）。
      
    • Placement 数据不同步：运行 nova-manage placement sync 同步数据。
      
    
    
  
  
• 长时间处于 SPAWNING 状态或最终变为 ERROR：
  
  
  
  • 问题：nova-compute 在目标节点上构建失败。
    
  • 排查：
    
    
    • 查看计算节点日志：这是最重要的步骤！日志路径通常为 /var/log/nova/nova-compute.log。
      
    • 镜像下载失败：Glance 镜像 URL 不可达、镜像格式不支持（如 raw, qcow2）、磁盘空间不足（检查 /var/lib/nova/instances/_base）。
      
    • 网络问题：Neutron 无法分配端口（如 IP 耗尽、安全组规则错误）。查看 Neutron 相关日志 (/var/log/neutron/*.log)。
      
    • Hypervisor 问题：Libvirt 权限问题（检查 libvirtd 进程和 /var/lib/libvirt/ 权限）、QEMU 进程启动失败（检查 ps aux | grep qemu）、SElinux 或 AppArmor 策略限制。
      
    • 卷挂载失败：Cinder Volume 状态不是 available 或连接器（connector）信息有误。
      
    
    
  
  
• 立即变为 ERROR：
  
  
  
  • 问题：通常发生在 API 或调度阶段，是前置检查失败。
    
  • 排查：
    
    
    • 查看 API 节点日志：/var/log/nova/nova-api.log。
      
    • 配额不足：检查项目配额 openstack quota show 。
      
    • 参数无效：指定的 Flavor、Image、Network 不存在或不可见。
      
    • Keystone 认证失败：Token 过期或权限不足。
      
    
    
  
  

3.3 核心排查工具与命令

• 日志！：tail -f /var/log/nova/nova-*.log。使用 grep  过滤特定实例的日志，这是最强大的工具。
  
• 虚拟化层检查：
  
  
  
  • 登录到计算节点，检查 Libvirt 域：virsh list --all（看实例是否存在）。
    
  • 如果存在但有问题，查看其定义：virsh dumpxml 。
    
  • 查看虚拟机控制台日志：virsh console （需在镜像内启用 console）。
    
  
  
• 网络命名空间：Neutron 使用 Linux Network Namespace。在计算节点上，使用 ip netns list 找到实例相关的命名空间（如 qrouter- 或 qdhcp-），然后 ip netns exec  bash 进入命名空间内部调试网络（ping, ip addr）。
  

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