如何构建OpenStack镜像

本文以制作CentOS7.2镜像为例，详细介绍手动制作OpenStack镜像详细步骤，解释每一步这么做的原因。镜像上传到OpenStack glance，支持以下几个功能：

• 支持密码注入功能(nova boot时通过--admin-pass参数指定设置初始密码）
• 支持根分区自动调整(根分区自动调整为flavor disk大小，而不是原始镜像分区大小)
• 支持动态修改密码(使用nova set-password命令可以修改管理员密码)

手动制作镜像非常麻烦和耗时，本文后面会介绍一个专门用于自动化构建镜像的项目DIB，通过DIB只需要在命令行上指定elements即可制作镜像，省去了重复下载镜像、启动虚拟机配置镜像的繁杂步骤。

镜像的宿主机操作系统为Ubuntu 14.04，开启了VT功能(使用kvm-ok命令验证)并安装了libvirt系列工具，包括virsh、virt-manager、libguestfs-tools等。

1 手动制作OpenStack镜像

1.1 下载镜像

访问官方镜像地址下载，注意选择中国的镜像源，相对国外镜像下载速度更快，进入后选择版本为7.2.1511，在isos目录下下载x86_64的Minimal镜像，如果网速不给力，最好不要选择下载Netinstall镜像，因为这会在安装时联网下载大量的软件包，重新安装时需要重新下载这些软件包。

1.2 创建虚拟机

首先创建一个qcow2格式镜像文件，用于虚拟机的根磁盘，大小10G就够了。

qemu-img create -f qcow2 centos.qcow2 10G # create disk image

使用以下脚本创建并启动虚拟机：

NAME=centos
ROOT_DISK=centos.qcow2
CDROM=`pwd`/CentOS-7-x86_64-Minimal-1511.iso
sudo virt-install --virt-type kvm --name $NAME --ram 1024 \\
  --disk $ROOT_DISK,format=qcow2 \\
  --network network=default \\
  --graphics vnc,listen=0.0.0.0 --noautoconsole \\
  --os-type=linux --os-variant=rhel7 \\
  --cdrom=$CDROM

启动完成后，使用vnc client连接或者使用virt-manager、virt-viewer连接。

1.3 安装OS

进入虚拟机控制台可以看到CentOS的启动菜单，选择Install Centos 7，继续选择语言后将进入INSTALLION SUMMARY，其中大多数配置默认即可，SOFTWARE SELECTION选择Minimal Install，INSTALLATION DESTINATION需要选择手动配置分区，我们只需要一个根分区即可，不需要swap分区，文件系统选择ext4或者xfs，存储驱动选择Virtio Block Device，如图：

配置完成后就可以开始安装了，在CONFIGURATION中设置root临时密码，只需要暂时记住这个临时密码，制作完后cloud-init会重新设置root初始密码。

大约几分钟后，即可自动完成安装配置工作，最后点击右下角的reboot重启退出虚拟机。

1.4 配置OS

安装好系统后，需要进行配置才能作为glance镜像使用。首先启动虚拟机（虽然上一步执行的是reboot，但貌似并不会自动启动)：

sudo virsh start centos

如果云主机需要支持root ssh远程登录，需要开启root远程ssh登录功能，修改配置文件/etc/ssh/sshd_config并修改PermitRootLogin值为yes，重启ssh服务生效:

sudo systemctl restart sshd

注意：

• 不建议开启密码登录功能，使用密钥登录更安全。
• 不建议开启root远程登录。

为了加快安装速度，可以配置为本地软件源仓库，若没有本地镜像仓库，则选择国内的软件源，相对官网的速度下载要快。

mv my_repo.repo /etc/yum.repos.d/

acpid

acpid是一个用户空间的服务进程, 用来处理电源相关事件,比如将kernel中的电源事件转发给应用程序，告诉应用程序安全的退出，防止应用程序异常退出导致数据损坏。libvirt可以通过向guest虚拟机发送acpid事件触发电源操作，使虚拟机安全关机、重启等操作，相对于强制执行关闭电源操作更安全。通过acpid事件发送开关机信号即我们经常所说的软重启或者软关机。

为了支持软操作，虚拟机需要安装acpid服务，并设置开机自启动：

yum install -y acpid
systemctl enable acpid

提示:

• 用户执行重启或者关机操作时，OpenStack会首先尝试调用libvirt的shutdown方法，即软关机。
• 当软关机执行失败或者超时(默认120秒)，则会调动libvirt的destroy方法，即强制关机，因此如果虚拟机关机或者重启很慢，很可能是acpid没有正常运行。
• 为了使虚拟机进程安全退出，减少数据损坏风险，尽量使用软操作，硬操作可能导致程序崩溃或者数据丢失。

console log

当操作系统内核崩溃时会报出内核系统crash出错信息，通常启动的时候一闪而过, 而此时系统还没有起来，不能通过远程工具(比如ssh)进入系统查看，我们可以通过配置grub，把这些日志重定向到Serial Console中，这样我们就可以通过Serial console来访问错误信息，以供分析和排错使用。

修改配置文件/etc/default/grub，设置GRUB_CMDLINE_LINUX，：

GRUB_CMDLINE_LINUX="crashkernel=auto console=tty0 console=ttyS0,115200n8"

通过这个配置，内核信息会以115200的波特率同时发送到tty0和ttyS0串行端口设备。libvirt可以通过一个普通文件模拟这个串行端口：

<serial type='file'>
      <source path='/var/lib/nova/instances/99579ce1-f4c4-4031-a56c-68e85a3d037a/console.log'/>
      <target port='0'/>
</serial>

这样内核产生的日志发到ttyS0，实际上写到console.log文件中。

OpenStack通过nova console-log命令可以获取该文件内容，查看错误日志。

qemu-guest-agent

qemu-guest-agent是运行在虚拟机内部的一个服务，libvirt会在本地创建一个unix socket，模拟为虚拟机内部的一个串口设备，从而实现了宿主机与虚拟机通信，这种方式不依赖于TCP/IP网络，实现方式简单方便。

<channel type='unix'>
      <source mode='bind' path='/var/lib/libvirt/qemu/org.qemu.guest_agent.0.instance-00003c2c.sock'/>
      <target type='virtio' name='org.qemu.guest_agent.0'/>
      <address type='virtio-serial' controller='0' bus='0' port='1'/>
</channel>

如上宿主机的socket文件为org.qemu.guest_agent.0.instance-00003c2c.sock，在虚拟机内部为/dev/virtio-ports/org.qemu.guest_agent.0。

通过这种方式，宿主机可以发送指令写到socket文件中，虚拟机内部的qemu-guest-agent会轮询查看这个串行设备是否有指令，一旦接收到指令就可以执行对应的脚本，从而实现了宿主机控制虚拟机执行命令的功能，其中最常用的指令就是通过libvirt修改虚拟机密码。更多关于qemu-guest-agent请参考官方文档。

为了支持OpenStack平台动态修改虚拟机密码功能，我们需要手动安装qemu-guest-agent：

yum install -y qemu-guest-agent

修改/etc/sysconfig/qemu-ga配置文件:

TRANSPORT_METHOD="virtio-serial"
DEVPATH="/dev/virtio-ports/org.qemu.guest_agent.0"
LOGFILE="/var/log/qemu-ga/qemu-ga.log"
PIDFILE="/var/run/qemu-ga.pid"
BLACKLIST_RPC=""
FSFREEZE_HOOK_ENABLE=0

可以查看qemu-guest-agent支持的指令:

$ virsh qemu-agent-command instance-000028d5 '{"execute":"guest-info"}' | python -m json.tool | grep 'name' | cut -d ':' -f 2 | tr -d '",'
 guest-get-memory-block-info
 guest-set-memory-blocks
 guest-get-memory-blocks
 guest-set-user-password
 guest-get-fsinfo
...

确认包含guest-set-user-password指令，支持修改管理员密码。

zeroconf

zeroconf是一种古老的自动网络配置技术，在没有DHCP服务的年代，所有服务器都需要网管手动配置IP、hostname等，非常麻烦，zeroconf正好解决了这个问题，不过目前通常都通过DHCP获取地址了。不过一些操作系统仍然会开启这个服务，当DHCP获取IP失败时，会尝试通过zeroconf配置。

zeroconf启动时会自动创建一条路由169.254.0.0/16，而虚拟机访问metadata服务的地址正好是169.254.169.254，如果启动了zeroconf服务，由于路由冲突，虚拟机不能通过169.254.169.254路由到网络节点的metadata服务了。OpenStack虚拟机通常都是通过DHCP获取IP的，因此我们并不需要zeroconf服务。为了虚拟机能够访问metadata服务，我们必须禁止zeroconf服务，关于该问题的更详细讨论可参考bug#983611：

echo "NOZEROCONF=yes" >> /etc/sysconfig/network

cloud-init

接下来安装cloud-init，cloud-init是虚拟机第一次启动时执行的脚本，主要负责从metadata服务中拉取配置信息，完成虚拟机的初始化工作，比如设置主机名、初始化密码以及注入密钥等。

# yum install -y cloud-init-0.7.6-bzr1.el7.centos.noarch.rpm
yum install -y cloud-init

growpart

虚拟机制作镜像时指定了根分区大小（比如我们设置为10GB），为了使虚拟机能够自动调整为flavor disk指定的根磁盘大小，即自动扩容, 我们需要安装glowpart(老版本叫growroot)并完成以下配置：

yum update -y
yum install -y epel-release
yum install -y cloud-utils-growpart.x86.64
rpm -qa kernel | sed 's/^kernel-//'  | xargs -I {} dracut -f /boot/initramfs-{}.img {}

完成以上工作后，我们的镜像配置基本结束，删除一些无用文件，清理history命令后执行关机：

/sbin/shutdown -h now

1.5 移除本地信息

在宿主机上运行以下命名，移除宿主机信息，比如mac地址等。

virt-sysprep -d centos # cleanup tasks such as removing the MAC address references

删除虚拟机，镜像制作完成。

virsh undefine centos # 删除虚拟机

2.上传镜像

2.1 使用glance命令上传镜像

镜像制作完成，上传centos.qcow2到glance服务中。

glance image-create --file ./centos.qcow2 --disk-format qcow2 --container-format bare --name CentOS-7.2 --progress

2.2 通过rbd直接导入镜像

由于镜像通常比较大，上传时如果使用glance API,则通过HTTP上传，由于HTTP协议的限制，导致上传非常慢，非常耗时。
如果Glance使用Ceph作为存储后端，可以通过rbd直接导入(import)方式上传到Ceph中，速度会大幅度提高。

首先需要把镜像转为raw格式：

qemu-img convert -f qcow2 -O raw centos.qcow2 centos.raw

通过glance create创建一个空镜像，并记录uuid（不需要指定文件路径以及其它字段，只是占个坑）：

glance image-create

使用rbd命令直接导入镜像并创建快照：

rbd -p glance import centos.raw --image=$IMAGE_ID --new-format --order 24
rbd -p glance snap create $IMAGE_ID@snap
rbd -p glance snap protect $IMAGE_ID@snap

设置glance镜像location url:

FS_ID=`ceph -s | grep cluster | awk '{print $2}'`
glance location-add --url rbd://${FS_ID}/glance/${IMAGE_ID}/snap $IMAGE_ID

设置glance镜像其它属性：

glance image-update --name="CentOS-7.2-64bit" --disk-format=raw --container-format=bare

2.3 添加qemu-guest-agent属性

OpenStack Nova是通过判断镜像元数据hw_qemu_guest_agent是否为yes决定是否支持qemu-guest-agent，代码如下：

# nova/virt/libvirt/driver.py
def _add_qga_device(self, guest, instance):
    qga = vconfig.LibvirtConfigGuestChannel()
    qga.type = "unix"
    qga.target_name = "org.qemu.guest_agent.0"
    qga.source_path = ("/var/lib/libvirt/qemu/%s.%s.sock" %
                      ("org.qemu.guest_agent.0", instance.name))
    guest.add_device(qga)

def _set_qemu_guest_agent(self, guest, flavor, instance, image_meta):
    # Enable qga only if the 'hw_qemu_guest_agent' is equal to yes
    if image_meta.properties.get('hw_qemu_guest_agent', False):
        LOG.debug("Qemu guest agent is enabled through image "
                  "metadata", instance=instance)
        self._add_qga_device(guest, instance)
    ...

由此可知，我们必须添加镜像propertyhw_qemu_guest_agent=yes,否则libvert启动虚拟机时不会创建qemu-guest-agent设备，虚拟机的qemu-guest-agent由于找不到对应的串行设备而导致修改密码失败。

glance image-update --property hw_qemu_guest_agent=yes $IMAGE_ID

3 DIB工具介绍

前面介绍了手动制作镜像的过程，从镜像下载到启动虚拟机安装操作系统，然后在虚拟机中完成配置，最后清除本地信息，整个过程非常繁杂、耗时，并且一旦制作镜像的镜像有点问题，就需要启动虚拟机重新再来一遍，重复工作多，效率非常低。

假设制作镜像时某个配置项错了，能不能不通过启动虚拟机进入系统去更改呢？答案是肯定的！我们只需要把制作好的镜像通过loop设备挂载到本地（如果是qcow2格式，则需要通过nbd挂载），然后chroot到挂载目录中修改配置文件即可，相对于启动虚拟机进入系统去更改方便高效很多。

由此我们自然想到，我们可以把最初启动虚拟机时安装操作系统完成后的镜像保存为base镜像，以后再做镜像时，只需要基于该base镜像调整即可，省去了下载镜像以及安装操作系统这两大耗时步骤。修改镜像也不再需要启动虚拟机，只需要根据前面介绍的方法，把镜像挂载到本地，然后chroot到根分区修改即可。

OpenStack社区正是基于该思路，开发了DIB(disk image builder)，它目前是OpenStack TripleO项目的子项目，专门用于构建OpenStack镜像：

diskimage-builder is a flexible suite of components for building a wide-range of disk images, filesystem images and ramdisk images for use with OpenStack.

DIB把一些操作封装成脚本，比如创建用户(devuser)、安装cloud-init(cloud-init)、配置yum源(yum)、部署tgtadm(deploy-tgtadm)等，这些脚本称为elements，位于目录diskimage-builder/diskimage_builder/elements，你可以根据自己的需求自己定制elements，elements之间会有依赖，依赖通过element-deps文件指定，比如elements centos7的element-deps为：

cache-url
redhat-common
rpm-distro
source-repositories
yum

DIB会首先下载一个base镜像，然后通过用户指定的elements，一个一个chroot进去执行，从而完成了镜像的制作，整个过程不需要启动虚拟机。这有点类似Dockerfile的构建过程，Dockerfile的每个指令都会生成一个临时的容器，然后在容器里面执行命令。DIB则每个elements都会chroot到镜像中，执行elements中的脚本。

比如制作ubuntu 14.04镜像：

export DIB_RELEASE=trusty
disk-image-create -o ubuntu-trusty.qcow2 vm ubuntu

创建Trove percona镜像:

disk-image-create -a amd64 -o ubuntu-trusty-percona-5.6.33-guest-image -x ubuntu vm cloud-init-datasources ubuntu-trusty-guest ubuntu-trusty-percona

其中ubuntu-trustry-guest会安装trove-guest-agent，ubuntu-trusty-percona会安装percona组件。

制作镜像时可以通过环境变量进行配置，比如创建ironic镜像:

# 生成用户镜像
# ubuntu.qcow2：用户最终使用的镜像
# ubuntu.vmlinuz："Virtual Memory"的缩写，具有引导的压缩内核
# ubuntu.initrd: "initial ramdisk"的缩写，Linux系统引导过程中使用的临时根文件系统，包含基本linux命令，如ls，cd，tftp等
export DIB_DEV_USER_USERNAME=cloud-user
export DIB_DEV_USER_PASSWORD=secret
export DIB_DEV_USER_PWDLESS_SUDO=YES
DIB_CLOUD_INIT_DATASOURCES="ConfigDrive, OpenStack" disk-image-create -o centos7 centos7 baremetal dhcp-all-interfaces grub2 cloud-init-datasources devuser

以上制作镜像时会创建cloud-user用户，密码为secret，支持免密码sudo，cloud-init的datasources为ConfigDriver和OpenStack。

通过DIB制作镜像能够更方便地管理和维护，实现自动化构建镜像，建议OpenStack镜像都直接使用DIB构建。

4.功能验证

4.1 注入密码和密钥

使用刚刚创建的镜像启动一台云主机，如果使用nova CLI工具，需要传--admin-pass参数指定root密码，并指定disk大小为20G的flavor。如果使用OpenStack Dashborad创建，需要简单配置下dashborad使其支持配置云主机密码，如图：

创建成功后进入vnc界面，使用root账号以及设置的新密码，如果登录成功，说明注入密码成功。

在创建一个同样配额的虚拟机，指定keypair，创建完后，使用密钥登录，如果能够登录，说明密钥注入成功。

4.2 动态调整根磁盘分区大小

运行以下命令检查根磁盘是否自动调整分区和文件系统大小：

lsblk
df -h

如图：

镜像原始根分区大小为10GB，如果lsblk显示vda大小为20GB，说明操作系统识别出根磁盘大小。如果df显示/dev/sda1size为20GB，说明根磁盘的分区和文件系统均自动完成了扩容操作，growpart运行正常。

7.4 动态修改密码

nova通过set-password子命令修改虚拟机管理员密码:

nova set-password ${server_uuid}

重复输入两次密码，如果执行成功，不会有任何输出。

回到终端，退出之前的登录，然后使用新的密码重新登录，如果登录成功，则说明动态修改密码成功！

5 总结

本文首先介绍了手动制作的OpenStack的镜像步骤，然后提出一种更快捷的镜像上传方法，该方法只能适用于Ceph后端，最后引入OpenStack镜像制作项目DIB，介绍了DIB的优势。

6 参考文献

1. OpenStack image guid.
2. acpid.
3. Zero-configuration networking.
4. Qemu guest agent.
5. Image building tools for OpenStack.