openstack云计算keystone组件工作流程及服务关系

一 什么是keystone

keystone是OpenStack的身份服务，暂且可以理解为一个'与权限有关'的组件。

二 为何要有keystone

Keystone项目的主要目的是为访问openstack的各个组件（nova，cinder,glance...）提供一个统一的验证方式,具体的：

openstack是由众多组件构成的一套系统，该系统的功能是对外提供服务，因而我们可以将其定义为一个‘庞大的软件’，没有软件不考虑安全因素，Keystone对于通常的应用场景所不同的是他要解决分布式环境下的统一认证。

三 keystone的功能

openstack是一个SOA架构，理论上各子项目独立提供相关服务，互不依赖，且是分布式的。如nova提供计算服务，glance提供镜像服务等。

实际上所有的组件都依赖keystone(单点的)，它集成了三个功能：

（1）管理身份验证(managing authentication)：验证用户身份

  (2) 授权(authorization):基于角色role的权限管理

（3）服务目录(catalog of services)：提服务目录(ServiceCatalog：包括service和endpoint)服务，类似于UDDI服务的概念，用户(无论是Dashboard, APIClient)都需要访问Keystone获取服务列表，以及每个服务的地址(Openstack中称为Endpoint)

四 keystone概念详解

第一部分

User：使用Openstack组件的客户端可以是人、服务、系统，任何的客户端来访问openstack组件，都需要有一个用户名。

Credentials：是用于确认用户身份的凭证，说白了就是‘信物’，具体可以是:

• 用户名和密码
• 用户名和API key
• 一个 Keystone 分配的身份token

Authentication：

• 是验证用户身份的过程。Keystone 服务通过检查用户的 Credential 来确定用户的身份。
• 最开始，使用用户名/密码或者用户名/API key作为credential。当用户的credential被验证后，Kestone 会给用户分配一个 authentication token 供该用户后续的请求使用。 
• Keystone中通过Policy（访问规则）来做到基于用户角色(Role)的访问控制。

Token：

• 是一个数字字符串，访问资源时需要"亮出"你的令牌。在keystone中主要是引入令牌机制来保护用户对于资源的访问，同时引入PKI（公钥基础实施）对令牌加以保护。
• Token包含了在指定范围和有效时间内可以被访问的资源。EG. 在Nova中一个tenant可以是一些虚拟机，在Swift和Glance中一个tenant可以是一些镜像存储，在Network中一个tenant可以是一些网络资源。

Role：

• 本质就是一堆ACL的集合，用于划分权限
• 可以通过给User指定Role，使User获得Role对应的操作权限。
• Keystone返回给User的Token包含了Role列表，被访问的Services会判断访问它的User和User提供的Token中所包含的Role,及每个role访问资源或者进行操作的权限。
• 系统默认使用管理Role admin和成员Role user（过去的普通用户角色是：_member_） 。
• user验证时必须带有Project(Tenant)

Policy：

• 对于Keystone service来说，Policy就是一个JSON文件，默认是/etc/keystone/policy.json。通过配置这个文件，Keystone实现了对User基于Role的权限管理。
• OpenStack对User的验证除了OpenStack的身份验证以外，还需要鉴别User对某个Service是否有访问权限。Policy机制就是用来控制User对Project(Tenant)中资源的操作权限。

Project(Tenant)：

• 是一个人、或服务所拥有的资源集合。不同的Project之间资源是隔离的，资源可以设置配额。
• 在一个Project(Tenant)中可以包含多个User，每一个User都会根据权限的划分来使用Project(Tenant)中的资源。比如通过Nova创建虚拟机时要指定到某个Project中，在Cinder创建卷也要指定到某个Project中。
• User访问Project的资源前，必须要与该Project关联，并且指定User在Project下的Role，一个assignment（关联）即：Project-User-Role

Service：即Openstack中运行的各个组件服务。

Endpoint：

是一个可以通过网络来访问和定位某个Openstack service的地址，通常是一个URL

不同的region有不同的endpoint（我们可以通过endpoint的region属性去定义多个region）。

当Nova需要访问Glance服务去获取image 时，Nova通过访问Keystone拿到Glance的endpoint，然后通过访问该endpoint去获取Glance服务。

Endpoint 分为三类：

• admin url –> 给admin用户使用，Port：35357
• internal url –> OpenStack内部服务使用来跟别的服务通信，Port：5000
• public url –> 互联网用户可以访问的地址，Port：5000

Catalog：

用户和服务可以使用使用keystone管理的catalog，定位到其他的服务，catalog一个openstack部署的相关服务的集合，每个服务都有一个或者多个endpoint（即可以访问的url地址），即catalog=services+endpoint。每个endpoint可以分为三种类型：

admin，internal，public，在生产环境中，不同endpoint类型位于不同的网络来为不同的用户使用（提高安全性），比如:

public API:对整个互联网可见，这样客户就可以方便的管理自己的云了。

admin API:应该严格限定只有管理云基础设施的组织内的运营商，才能使用该API

internel API:应该被限定只有那些安装有OpenStack服务的主机，才能使用该API

Service与Endpoint关系介绍：

• 在openstack中，每一个service都有三种endpoint. Admin, public, internal（创建完service后需要为其创建API EndPoint. ）
• Admin是用作管理用途的，如它能够修改user/tenant(project)。
• public 是让客户调用的，比如可以部署在外网上让客户可以管理自己的云。
• internal是openstack内部调用的。
• 三种endpoints 在网络上开放的权限一般也不同。Admin通常只能对内网开放，public通常可以对外网开放，internal通常只能对安装有openstack对服务的机器开放。

endpoint举例

我们使用keystone为服务5d533c68-d234-11e6-a0d7-0088653ea1ec定制endpoint：

$ keystone endpoint-create \
--region RegionOne \
--service-id=5d533c68-d234-11e6-a0d7-0088653ea1ec \
--publicurl='https://public-ip:8776/v1/%(tenant_id)s' \
--internalurl='https://management-ip:8776/v1/%(tenant_id)s' \
--adminurl='https://management-ip:8776/v1/%(tenant_id)s'

然后你可以配置 OpenStack service 使用另一个 service 的 endpoint 的 internalurl 去访问另一个资源。

Regions：

openstack支持多个可扩展的regions，OpenStack的支持可扩展的多个区域。为简单起见，一般使用管理网络ip地址作为所有endpoint类型(三种api)的ip，且所有的endpoint类型(三种api)都使用一个区域，即regionone区。

每个你部署的openstack服务都需要绑定endpoint（存储在keystone中）来提供服一个服务的入口，因而我们第一需要部署的组件就是keystone。

V3新增的概念：

• Tenant 重命名为 Project
• 添加了 Domain 的概念
• 添加了 Group 的概念

第二部分

keystone管理和保存了user信息，管理user相关的tenant，role,group和domain等；用户credential的存放,验证，token管理,下图是各部分关系

第三部分

User: has account credentials, is associated with one or more projects or domains

Group: a collection of users, is associated with one or more projects or domains

Project: unit of ownership in OpenStack, contains one or more users

Domain: unit of ownership in OpenStack, contains users, groups and projects

Role: a first-class piece of metadata associated with many user-project pairs.

Token: identifying credential associated with a user or user and project

Extras: bucket of key-value metadata associated with a user-project pair.

Rule: describes a set of requirements for performing an action.

注意：user2,user3,user4的关系同user1一样，也可以属于一个或者多个group，此处为了图示简洁，省去了它们的连线

五 keystone内包含的组件

keystone包含三类组件：

1 Server

使用RESTful接口（三种api）提供认证和授权服务的集中式server

2 Drivers

指的是被集成到server内的驱动或者服务后端，它们被用来在openstack组件之外的库中访问身份信息（言外之意：mysql并不属于openstack的组件/服务），并可能已经存在于openstack部署的架构中（比如, SQL databases or LDAP servers).

3 Modules

中间件运行在正在使用认证服务的openstack组件的地址空间，这些模块(中间件)拦截服务请求，提取用户的credentials，并且把它们发送给server去认证授权，在openstack中间件与openstack组件直接的整合操作使用Python Web Server Gateway Interface，即wsgi，详见http://www.cnblogs.com/linhaifeng/p/6268615.html

六 keystone与openstack其他服务的关系 

七 keystone与其他组件协同工作流程

keystone是用户与云平台交互的第一个服务，一旦认证通过，用户就会使用自己的身份来访问其他的opnestack服务，同样，被访问的openstack服务会去跟keystone再次确认用户(不能只能用户的片面之词)并且通过keystone可以发现其他服务(catalog的原因)，keystone的还可以整合其他的用户管理系统，比如LDAP

八 keystone工作流程详解

（1） User从Keystone获取令牌以及服务列表；

（2） User访问服务时，亮出自己的令牌。

（3）相关的服务向Keystone求证令牌的合法性。

用户alice登录keystone系统（password或者token的方式），获取一个临时的token和catalog服务目录（v3版本登录时，如果没有指定scope，project或者domain，获取的临时token没有任何权限，不能查询project或者catalog）。

alice通过临时token获取自己的所有的project列表。

alice选定一个project，然后指定project重新登录，获取一个正式的token，同时获得服务列表的endpoint，用户选定一个endpoint，在HTTP消息头中携带token，然后发送请求（如果用户知道project name或者project id可以直接第3步登录）。

消息到达endpoint之后，由服务端（nova）的keystone中间件（pipeline中的filter：authtoken）向keystone发送一个验证token的请求。（token类型：uuid需要在keystone验证token，pki类型的token本身是包含用户详细信息的加密串，可以在服务端完成验证）

keystone验证token成功之后，将token对应用户的详细信息，例如：role，username，userid等，返回给服务端（nova）。

服务端（nova）完成请求，例如：创建虚拟机。

服务端返回请求结果给alice。

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