OpenStack模块之Keystone部署解析

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前言

Keystone在OpenStack中的定位为全局身份服务的验证授权，其它的服务的API在接收到请求之后会向keystone做一个认证，是否有权限进行操作，如有，按照需求中不同的功能模块去分发给自己后端的子功能模块。
宏观上keystone是一个小型的认证机构。本文会从微观上讲解keystone如何进行授权认证的。

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一 Keystone概述

1.1 Keystone身份服务

Keystone（OpenStack Identity Service）是OpenStack中的一个独立的提供安全认证的模块，主要负责openstack用户的身份认证，令牌管理，提供访问资源的服务目录，以及基于用户角色的访问控制。

解析：1.基本功能：身份认证（职能），认证机制管理（支持多种认证机制，特性），访问控制（1.权限；2.引导指向），，令牌管理，引导路径



KeyStone类似一个服务总线，或者说是整个Openstack框架的注册表，其它服务通过keystone来注册其服务的Endpoint（服务访问的URL）。任何服务之间相互的调用，需要经过Keystone的身份验证，来获取目标服务的Endpoint来找到目标服务。

解析：keystone知道所有服务（API）的URL路径，你需要使用的服务所对应的位置（API的URL路径-->位置点）即可以提供路径指引服务，前提：已经过身份验证/权限认证

1.2 主要功能

1.身份认证（Authentication）：令牌的发放和效验
（a.令牌发放，校验/认证）令牌管理
Auth：授权，权限管理有关

2.用户授权（Authorization）：授予用户在一个服务中所拥有权限
（b.控制用户可用授权的权限的范围和使用期限） 
例如：规定只可以到机械学院计算机专业大一02班进行授课，时间为一个星期

3.用户管理（Account）：管理用户账户
c.管理用户
4.服务目录（Service Catalog）：提供可用服务的API端点
（d.提供所需调用/使用的服务对应的API（URL）位置）及授权，鉴权通过后，会指引目标服务的endponit（API-->Web路径-->URL路径）具体位置
例如：机械学院8号楼123教室

1.3 Keystone相关概念

1.3.1 管理对象(多元化，管理的对象类型非常丰富)

keystone不仅可以为客户进行授权，分发令牌，也可以给openstack内部权限进行管理

Endpoint        端点，API的位置
Role            授权角色
User            用户
Credentials     授权过程
Authentication  授权规则
Token           令牌
Project         项目
Service         服务

相关概念

User（用户）：指使用Openstack service（1.全局 2.核心 3.其它组件）的用户

Project（项目）（Tenant）：可以理解为一个人，或范围所拥有的资源集合。例如（nova）

Role（角色）：用于划分权限。通过给User指定Role，使User获得Role对应操作权限
（授予用户可以使用的权限）

Authenticatin（授权过程）：确定用户身份的过程

Token（令牌）;是一个字符串表示，作为访问资源的令牌。Token包含了在指定范围和有效时间内，可以被访问的资源

Credenttials：用于确认用户身份的凭证，用户的用户名和密码，或者是用户名和API密钥，或者身份管理服务提供的认证令牌

Service：Openstack service，即Openstack中运行的组件服务。如nova，swift，glance，neutron，cinder等

Endpoint：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

1.4 Keystone认证流程

以创建虚拟机为场景来介绍

1.keystone在创建虚拟机的过程中，对用户及其他组件之间的交互进行认证
2.keystone会颁发令牌并且进行校验

解析：

user---》keystone
用户通过命令行（令牌，密钥（API密钥）或horizon（账号密码）的方式登录）
user《---keystone
验证成功：授权权限，跳转地址
Token包含可使用权限范围，使用期限/Endpoint：指定nova API具体地址；控制台的UI界面，网址

user---》nova
持有令牌+endpoint向nova API发送申请创建虚拟机的请求
keystone《---nova
会向keystone进行认证令牌是否合法，有效，可用
keystone---》nova
认证成功，令牌有效

nova---》glance
nova创建虚拟机需要镜像服务，持有令牌+Image（申请的镜像对应的属性，规格）向glance需求镜像服务（镜像本身，源数据信息）
keystone《---glance
会向keystone进行认证令牌是否合法，有效，可用
keystone---》glance
认证成功，令牌有效，glance处理nova请求
nova《---glance
提供Image（镜像本身）供给nova

nova---》neutron
nova创建虚拟机需要网络服务，持有令牌+network（所需网络资源所需要的技术，网络资源）向neutron需求网络服务资源
keystone《---neutron
会向keystone进行认证令牌是否合法，有效，可用
keystone---》neutron
认证成功，令牌有效，neutron处理nova请求
nova《---neutron
提供network（网络资源）供给nova

user《---nova
创建虚拟机所需的资源准备完成，开始创建虚拟机，创建完成发送信息给user用户，告知虚拟机创建是否成功/失败

二 openstack架构的keystone组件部署

2.1 部署解析

OpenStack组件安装的顺序

1、Keystone (apache) 认证
2、glance  镜像
3、nova   计算
4、neutron  网络

部署openstack组件时，需先行安装认证服务（keystone），而认证服务是使用Apache运行的，安装完成后才可以创建、管理账号，然后安装镜像服务（glance）、计算服务（nova）、网络服务（neutron）

其中计算服务和网络服务分为管理端和客户端，所以需要在openstack的管理端安装计算服务和网络服务的管理端（网络服务管理端），在创建虚拟机的node节点上安装计算服务和网络服务的客户端，最后安装dashboard（控制面板）服务，openstack各种组件的API都是通过apache运行的；

openstack的管理端负责创建虚拟机过程的调度

通过openstack管理端创建，管理虚拟机的相关数据最终都会记录到mysql（mariadb）中；node节点没有权限往数据库中写数据，只有控制端有权限，并且node节点与控制端通讯是通过rabbitmq间接通讯，node节点会监听rabbitmq，控制端也会监听rabbitmq，控制端把创建虚拟机的指令发送到rabbitmq，由监听rabbitmq指定队列的node节点接收消息并创建虚拟机；

监听：使用端口，绑定服务，可使用一些功能

2.2 部署准备

配置OpenStack平台基础服务

重命名

[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname controller
[root@localhost ~]# su
[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname compute01
[root@localhost ~]# su
[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname compute02
[root@localhost ~]# su

2.3 部署流程：

2.3.1 创建数据库实例和数据库用户

在控制端上

[root@controller ~]# mysql -uroot -p 登录数据库
MariaDB [(none)]> create database keystone; 创建keystone库，存储相关数据
MariaDB [(none)]>  GRANT ALL PRIVILEGES ON keystone.* TO 'keystone'@'localhost' IDENTIFIED BY 'KEYSTONE_DBPASS';
授权所有权限给keystone库所有表，用户keystone在本地，设置密码keystone_dbpass

MariaDB [(none)]> grant all privileges on keystone.* to 'keystone'@'%' identified by 'keystone_dbpass';
授权所有权限给keystone库所有表，用户keystone在所有网段，设置密码keystone_dbpass
MariaDB [(none)]> flush privileges;  刷新权限
MariaDB [(none)]> exit               退出

2.3.2 安装、配置keystone、数据库、Apache

安装keystone、httpd、mod_wsgi

[root@controller ~]#  yum -y install openstack-keystone httpd mod_wsgi

基于安装centos-release-openstack-train 保证安装更新openstack版本为最新版本t版安装openstack-keystone

mod_wsgi包的作用是让apache能够代理pythone程序的组件，支持API；openstack的各个组件，包括API都是用python写的，但访问的是apache，apache会把请求转发给python去处理,这些包只安装在controler节点

[root@controller ~]# cp -a /etc/keystone/keystone.conf{
   
     ,.bak}
批量将源文件进行备份
[root@controller ~]# cd /etc/keystone/  查看复制情况
[root@controller keystone]# ls 

[root@controller keystone]# cd
[root@controller ~]# grep -Ev "^$|#" /etc/keystone/keystone.conf.bak > /etc/keystone/keystone.conf                                                              重定向
grep  -Ev  "^$|#"  空行，被注释的数据文件
多排列显示反向过滤 

[root@controller ~]# vi /etc/keystone/keystone.conf

2.3.3 对接mysql

[root@controller ~]# openstack-config --set /etc/keystone/keystone.conf database connection mysql+pymysql://keystone:KEYSTONE_DBPASS@controller/keystone
基于安装openstack-utils    openstack其它util工具，使用openstack-config 工具命令
 --set：修改，管理
 /etc/keystone/keystone.conf database 修改对象内容字段
connection mysql+pymysql://keystone:KEYSTONE_DBPASS@controller/keystone
  连接 mysql使用python指定用户名，密码、数据库的域名、数据库名

2.3.4 设置传递认证令牌的过程模式加密

[root@controller ~]# openstack-config --set /etc/keystone/keystone.conf token provider fernet
使用openstack-config 工具命令指定token（令牌）的提供者；提供者就是keystone自己本身
Fernet：一种安全的消息传递格式，保证令牌传递过程是安全加密的

2.3.5 初始化认证服务数据库

[root@controller ~]#  su -s /bin/sh -c "keystone-manage db_sync" keystone
            初始化  使用命令 keystone管理 数据 同步 用户名

2.3.6 初始化fernet 密钥存储库

以下命令会生成两个密钥，生成的密钥放于/etc/keystone/目录下，用于加密数据，传递令牌的过程

[root@controller ~]#  keystone-manage fernet_setup --keystone-user keystone 
                        命令   创建  初始化           用户
--keystone-group keystone
           属组
[root@controller ~]# keystone-manage credential_setup --keystone-user 
                               凭证
keystone --keystone-group keystone

2.3.7 配置bootstrap身份认证服务

[root@controller ~]# keystone-manage bootstrap --bootstrap-password ADMIN_PASS \
> --bootstrap-admin-url http://controller:5000/v3/ \
> --bootstrap-internal-url http://controller:5000/v3/ \
> --bootstrap-public-url http://controller:5000/v3/ \
> --bootstrap-region-id RegionOne

keystone-manage bootstrap --bootstrap-password 
                   命令       用户身份                       密码
ADMIN_PASS \
> --bootstrap-admin-url http://controller:5000/v3/ \
             管理网络 指定路径 本地：端口 /v3版本（更新认证机制）
> --bootstrap-internal-url http://controller:5000/v3/ \
               私有/内部网络
> --bootstrap-public-url http://controller:5000/v3/ \
                公有网络
> --bootstrap-region-id RegionOne  指定一个区域名称



此步骤是初始化openstack，会把openstack的admin用户的信息写入到mysql的user表中，以及url等其他信息写入到mysql的相关表中

admin-url是管理网(如公有云内部openstack管理网络)，用于管理虚拟机的扩容或删除；如果共有网络和管理网是一个网络，则当业务量大时，会造成无法通过openstack的控制端扩容虚拟机，所以需要一个管理网

internal-url是内部网络，进行数据传输，如虚拟机访问存储和数据库、zookeeper等中间件，这个网络是不能被外网访问的，只能用于企业内部访问

public-url是公有网络，可以给用户访问的(如公有云) 但是此环境没有这些网络，则公用同一个网络

5000端口是keystone提供认证的端口

针对高可用模式下

需要在haproxy服务器上添加一条listen
各种网络的url需要指定controler节点的域名，一般是haproxy的vip的域名（高可用模式）

2.3.8 配置Apache HTTP服务器

[root@controller ~]# echo "ServerName controller" >> /etc/httpd/conf/httpd.conf
[root@controller ~]# ln -s /usr/share/keystone/wsgi-keystone.conf /etc/httpd/conf.d/ 创建软链接

安装完mod_wsgi包后，会生成 wsgi-keystone.conf 这个文件，文件中配置了虚拟主机及监听了5000端口，mod_wsgi就是python的网关

[root@controller ~]# systemctl enable httpd  服务自启动
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/httpd.service to /usr/lib/systemd/system/httpd.service.
[root@controller ~]# systemctl start httpd  服务开启

2.3.9.配置管理员账户的环境变量

这些环境变量用于创建角色和项目使用，但是创建角色和项目需要有认证信息，所以通过环境变量声明用户名和密码等认证信息，欺骗openstack已经登录且通过认证，这样就可以创建项目和角色；也就是把admin用户的验证信息通过声明环境变量的方式传递给openstack进行验证，实现针对openstack的非交互式操作

[root@controller ~]# cat >> ~/.bashrc << EOF
> export OS_USERNAME=admin          控制台登陆用户名
> export OS_PASSWORD=ADMIN_PASS     控制台登陆密码
> export OS_PROJECT_NAME=admin
> export OS_USER_DOMAIN_NAME=Default
> export OS_PROJECT_DOMAIN_NAME=Default
> export OS_AUTH_URL=http://controller:5000/v3
> export OS_IDENTITY_API_VERSION=3
> export OS_IMAGE_API_VERSION=2
> EOF
[root@ct ~]# source ~/.bashrc

通过配置环境变量，可以使用openstack命令进行一些操作

[root@controller ~]#  openstack user list

2.3.10 创建OpenStack 域、项目、用户和角色

1.创建一个项目（project），创建在指定的domain（域）中，指定描述信息，project名称为service（可使用openstack domain list 查询）

[root@controller ~]# openstack project create --domain default --description "Service Project" service 

2.创建角色（可使用openstack role list查看）

[root@controller ~]# openstack role create user

3.查看openstack 角色列表

[root@controller ~]# openstack role list
+----------------------------------+--------+
| ID                               | Name   |
+----------------------------------+--------+
| 78e33b1152ce47a296fdf0ca29f5acae | reader |
| 9f1251a80f7e48839a39bd1a0a469fc0 | admin  |
| ab7be80f8a1d4793803e8b620b64a1e5 | user   |
| eb93e255e91a408aa35398503e1b1add | member |
+----------------------------------+--------+

解析；
admin为管理员
member为租户
user为用户

2.3.11 查看是否可以不指定密码就可以获取到token信息（验证认证服务）

[root@controller ~]#  openstack token issue

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总结

Keystone 组件是作为OpenStack 集群中统一认证、授权的模块，其核心功能就是针对于User（用户）、Tenant（租户）、Role（角色）、Token（令牌/凭证）的控制（手工编译部署即围绕此功能展开的）
User：使用 openstack 的用户。
Tenant：租户,可以理解为一个人、项目或者组织拥有的资源的合集。在一个租户中可以拥有很多个用户，这些用户可以根据权限的划分使用租户中的资源。
Role：角色，用于分配操作的权限。角色可以被指定给用户，使得该用户获得角色对应的操作权限。
Token：（令牌）指的是一串比特值或者字符串，用来作为访问资源的记号。Token 中含有可访问资源的范围和有效时间，token 是用户的一种凭证，需要使用正确的用户名和密码向 Keystone 服务申请才能得到 token。

使用手动部署的模式搭建OpenStack的思路：

1、分模块部署
2、部署keystone模块的基础环境（下载依赖包、组件包、第三方工具/插件）
3、创建、开启此模块的功能（以keystone为例，创建并初始化认证数据库、修改配置文件、初始化密钥-fernet格式、配置身份认证服务）
4、验证