Python API：OpenStack 隐藏深处的秘密
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来源：Lorin Hochstein
www.ibm.com/developerworks/cn/cloud/library/cl-openstack-pythonapis/
OpenStack 是一个越来越流行的、用于部署基础架构即服务 (IaaS) 云的开源解决方案。OpenStack 附带了一个仪表板 Web 应用程序，非常适合执行手动任务，比如启动单个虚拟机 (VM) 实例，但是，如果希望自动化基于云的任务，则需要编写可操作 OpenStack 的脚本。
OpenStack 中的服务
OpenStack 中的服务e 这个词承载了太多含义。它用于表示：
一个 OpenStack 项目（比如 Compute Service (nova) 和 Identity Service (keystone)）
Identity Service 目录中的一个条目（比如 Image、Compute 和 Volume）
一个 Linux® 守护进程（比如 nova-api 和 quantum-l3-agent）
一个 OpenStack 项目与 Identity Service 目录中的一个或多个条目有关联，由一个或多个 Linux 守护进程实现。在本文中，我使用 “服务” 表示 OpenStack 项目。
许多用户直接为 OpenStack 具象状态传输 (REST) 应用编程接口 (API) 编写自动化脚本，或者编写调用命令行工具（比如 keystone 或 nova）的 shell 脚本。但 Python 中有一种编写 OpenStack 自动化脚本的更好方法。所有 OpenStack 服务都公开了原生 Python API，以公开与命令行工具相同的特性集。不幸的是，描述如何使用这些 API 的文档很少。
如果您是 Python 程序员，那么 Python API 会比命令行工具或 REST API 容易使用得多。在本文中，我将演示如何使用原生 OpenStack Python API 自动化常见的用户和管理性任务。
OpenStack 项目和代号
OpenStack 这个词不是指单个应用程序。它是一个服务集合，这些服务协同工作来实现 IaaS 云。（参见边栏 OpenStack 中的服务，了解这里所说的 “服务” 的含义。）每个 OpenStack 服务都有一个正式名称和一个代号，如表 1 所示，而且每个 OpenStack 服务公开了自己的 Python API。
表 1. OpenStack 服务和代号
安装 Python 绑定
Python 绑定与每个服务的命令行工具捆绑在一起。事实上，每个命令行工具使用相应的 Python API 实现。可从 Python Package Index（PyPi — 参见 参考资料，获取相关链接）中使用 pip（一个 Python 包安装程序）来安装每个工具。pip 包名称包括：
python-keystoneclient
python-glanceclient
python-novaclient
python-quantumclient
python-cinderclient
python-swiftclient
例如，要安装 keystone 客户端，可运行以下命令：
$ pip install python-keystoneclient
可将这些包安装到 Python 虚拟环境或您的系统级 Python 包中，只要您拥有本地机器上的根用户特权。
所有 OpenStack API 都有一些版本，Python 绑定支持多个 API 版本，以保持向后兼容性。因此可以安全地下载这些包的最新版本，因为它们将会适合 OpenStack 服务的所有更低版本。
在本文中，我将重点介绍来自以下服务的 Python API 示例：
OpenStack Identity Service (keystone)
OpenStack Image Service (glance)
OpenStack Compute Service (nova)
设置一个测试环境
为了最充分地掌握本文的内容，建议您使用管理员特权访问一个 OpenStack 云，以便试用这些代码段。如果目前没有 OpenStack 云的管理员访问权，那么最简单的方法就是在一个 VM 中部署 OpenStack。DevStack 项目（参见 参考资料 获取链接）旨在简化在单个机器上创建一个面向开发的 OpenStack 部署的过程。配合 VirtualBox 等虚拟化工具，您可以在笔记本电脑上（甚至在 Mac 或 Windows® 上）实现一个 OpenStack 云。
您还可以获得 TryStack 上的一个免费帐户，TryStack 是由社区维护的 OpenStack 沙盒（参见 参考资料）。请注意，只能获取 TryStack 上的用户级特权，不能获得管理级特权，所以您无法使用 TryStack 测试需要管理特权的脚本。
OpenStack Identity (keystone)
客户端要对 Identity (keystone) API 发出请求，可实例化适当的 keystone 客户端 Python 对象并调用它的方法。因为 API 提供了版本控制，所以 Python 客户端始终与该 API 的一个特定版本有关联。
清单 1 显示了使用 keystone 客户端的 2.0 版将 Image Service 添加到服务目录的示例。
清单 1. 使用 keystone 创建一个管理员角色
import keystoneclient.v2_0.client as ksclient
# Replace the method arguments with the ones from your local config
keystone = ksclient.Client(auth_url="http://192.168.27.100:35357/v2.0",
username="admin",
password="devstack",
tenant_name="demo")
glance_service = keystone.services.create(name="glance",
service_type="image",
description="OpenStack Image Service")
凭据
在实例化 keystoneclient.v2_0.client.Client 对象时必须提供凭据。keystone 端点接受两种类型的凭据：令牌，或者用户名和密码。如果您是管理员，那么您可以使用 admin 令牌，这是一种具有管理员特权且永不过期的特殊令牌。要定义此令牌，可以使用运行 keystone 服务的机器上的 /etc/keystone/keystone.conf 文件中的 admin_token 选项（参见清单 2）。
清单 2. 使用身份验证令牌执行身份验证
import keystoneclient.v2_0.client as ksclient
# Replace the values below with the ones from your local config
endpoint = "http://192.168.27.100:35357/v2.0"
admin_token = "devstack"
keystone = ksclient.Client(endpoint=endpoint, token=admin_token)
出于安全原因，一般不赞成使用 admin 令牌。相反，在创建了具有管理特权的用户之后，建议 OpenStack Identity 开发人员始终使用用户名和密码进行身份验证（参见清单 3）。
清单 3. 使用用户名和密码执行身份验证
import keystoneclient.v2_0.client as ksclient
# Replace the values below the ones from your local config,
auth_url = "http://192.168.27.100:35357/v2.0"
username = "admin"
password = "devstack"
tenant_name = "demo"
keystone = ksclient.Client(auth_url=auth_url, username=username,
password=password, tenant_name=tenant_name)
加载一个 openrc 文件
为了简化身份验证，建议创建一个 openrc 文件，将凭据导出到环境变量中。这样做可以避免将登录信息硬编码到脚本中。清单 4 显示了一个 openrc 文件示例。
清单 4. 从环境变量加载凭据
export OS_USERNAME="myname"
export OS_PASSWORD="mypassword"
export OS_TENANT_NAME="mytenant"
export OS_AUTH_URL="http://10.20.0.2:5000/v2.0/"
环境变量 OS_USERNAME、OS_PASSWORD、OS_TENANT_NAME 和 OS_AUTH_URL 在所有 Python 命令行工具中已标准化。如果设置了这些环境变量，命令行工具（keystone、nova）将会使用它们对其 API 端点进行身份验证。
使用 Bash source 内置命令将这些环境变量加载到您当前的 shell 中。如果使用 Bash 作为标准 shell，那么您可能希望将这行代码添加到 .profile 中，以便在您每次登录时自动设置这些环境变量：
$ source openrc
找到 openrc 文件后，Python 脚本就可以从环境中检索凭据。我们创建了一个名为 credentials.py 的 Python 文件（如清单 5 所示），以便从环境中提取登录信息。请注意，keystone 和 nova 在其客户端初始化器方法中使用了稍微不同的变量名，所以我为每个工具定义了不同的函数。
清单 5. credentials.py
#!/usr/bin/env python
import os
def get_keystone_creds():
d = {}
d['username'] = os.environ['OS_USERNAME']
d['password'] = os.environ['OS_PASSWORD']
d['auth_url'] = os.environ['OS_AUTH_URL']
d['tenant_name'] = os.environ['OS_TENANT_NAME']
return d
def get_nova_creds():
d = {}
d['username'] = os.environ['OS_USERNAME']
d['api_key'] = os.environ['OS_PASSWORD']
d['auth_url'] = os.environ['OS_AUTH_URL']
d['project_id'] = os.environ['OS_TENANT_NAME']
return d
身份验证令牌
如果客户端初始化器返回时没有抛出异常，则它已成功向端点验证。您可访问刚才通过返回的对象 auth_token 属性发出的 keystone 令牌，如清单 6 所示。当对 glance API 进行身份验证时，需要显式地将一个 keystone 身份验证令牌作为参数传递给初始化器，我们稍后会对此进行讨论。
清单 6. 在一个交互式 Python 会话中对一个 keystone 端点执行成功的验证
>>> import keystoneclient.v2_0.client as ksclient
>>> from credentials import get_keystone_creds
>>> creds = get_keystone_creds()
>>> keystone = ksclient.Client(**creds)
>>> keystone.auth_token
u'MIILkAYJKoZIhvcNAQcCoIILgTCCC30CAQExCTAHBgUrDgMCGjCCCmkGCSqGSIb3DQEHAaCCCloE
ggpWeyJhY2Nlc3MiOiB7InRva2VuIjogeyJpc3N1ZWRfYXQiOiAiMjAxMy0wNS0yNlQwMjoxMjo0Mi
42MDAwMjUiLCAiZXhwaXJlcyI6ICIyMDEzLTA1LTI3VDAyOjEyOjQyWiIsICJpZCI6ICJwbGFjZWhv
bGRlciIsICJ0ZW5hbnQiOiB7ImRlc2NyaXB0aW9uIjogbnVsbCwgImVuYWJsZWQiOiB0cnVlLCAiaW
...
fI9JnOBZJwuoma8je0a1AvLff6AcJ1zFkVZGb'
备注：OpenStack Identity 的 Grizzly 版本默认情况下使用了公钥基础架构令牌，这些令牌比 OpenStack 的以前版本中使用的通用惟一标识符令牌（例如 7d9fde355f09458f8e97986a5a652bfe）要长得多。
CRUD 操作
keystone API 实质上是一个创建、读取、更新、删除 (CRUD) 接口：与 keystone API 的大多数交互都会读取 keystone 后端数据库或修改它。与该 API 的大多数交互都会调用 Manager 对象。一个 Manager 表示一个具有相同类型的对象集合。例如，UserManager 处理 keystone 用户，TenantManager 处理租户，RoleManager 处理角色，等等。这些管理器支持多种操作，比如 create（创建一个新对象）、get（按 ID 检索一个对象）、list（检索所有对象）和 delete。
创建用户、租户和角色
通常，在部署 OpenStack 时，执行的第一个任务是创建一个 keystone 租户，然后创建一个具有管理特权的 keystone 用户。清单 7 显示了一个使用 Python API 自动化此过程的示例。该脚本可执行以下任务：
创建一个用户角色 (Client.roles.create)。
创建一个管理角色 (Client.roles.create)。
创建一个名为 acme 的租户 (Client.tenants.create)。
创建一个名为 admin 的用户 (Client.users.create)。
为 admin 用户分配 acme 租户中的管理角色 (Client.roles.add_user_role)。
这是一个适合使用 admin 令牌的场景，因为 Identity Service 不包含任何具有管理特权的用户。
清单 7. 创建一个用户、租户和角色
import keystoneclient.v2_0.client as ksclient
endpoint = "http://192.168.27.100:35357/v2.0"
admin_token = "devstack"
keystone = ksclient.Client(endpoint=endpoint, token=admin_token)
user_role = keystone.roles.create("user")
admin_role = keystone.roles.create("admin")
acme_tenant = keystone.tenants.create(tenant_name="Acme",
description="Employees of Acme Corp.",
enabled=True)
admin_user = keystone.users.create(name="admin",
password="a.G'03134!j",
email="cloudmaster@example.com", tenant_id=acme_tenant.id)
keystone.roles.add_user_role(admin_user, admin_role, acme_tenant)
创建服务和端点
通常，在 OpenStack 云中，部署 Identity Service 的下一个任务是在 keystone 中填充云和端点中的服务。清单 8 显示了使用 Client.services.create 和 Client.endpoints.create 方法为 Identity Service 添加一个服务和端点的示例。
清单 8. 创建一个服务和端点
import keystoneclient.v2_0.client as ksclient
creds = get_keystone_creds() # See <a href="#openrc">openrc-creds</a>
keystone = ksclient.Client(**creds)
service = keystone.services.create(name="keystone",
service_type="identity",
description="OpenStack Identity Service")
keystone_publicurl = "http://192.168.27.100:5000/v2.0"
keystone_adminurl = "http://192.168.27.100:35357/v2.0"
keystone.endpoints.create(service_id=service.id,
region="Northeast",
publicurl=keystone_publicurl,
adminurl=keystone_adminurl,
internalurl=keystone_publicurl)
访问服务目录
keystone 的主要功能之一就是充当服务目录。客户端可使用 keystone 查找 OpenStack 服务的端点 URL。该 API 通过 keystoneclient.v2_0.client.Client.service_catalog.url_for 方法提供此功能。此方法支持按类型（例如 image、volume、compute、network）和端点类型（publicURL、internalURL、adminURL）查找服务端点。
清单 9 演示了如何使用 url_for 方法检索 OpenStack Image (glance) Service 的端点。
清单 9. 在一个交互式 Python 会话中查询 glance 端点
>>> import keystoneclient.v2_0.client as ksclient
>>> creds = get_keystone_creds() # See <a href="openrc-creds" />
>>> keystone = ksclient.Client(**creds)
>>> glance_endpoint = keystone.service_catalog.url_for(service_type='image',
endpoint_type='publicURL')
>>> glance_endpoint
u'http://192.168.27.100:9292'
OpenStack Compute (nova)
nova API 的 1.1 版和第 2 版
nova API 的 1.1 版和第 2 版是相同的。可用 “2” 代替 “1.1”，传递它作为 novaclient.client.Client initializer 的第一个参数，但没有 novaclient.v2 模块，只有一个 novaclient.v1_1 模块。
OpenStack Compute (nova) Python API 的工作原理类似于 OpenStack Identity API。这里使用了 nova API 的 1.1 版，所以本文中使用的 nova Python 绑定的 1.1 版中的类位于 novaclient.v1_1 Python 命名空间中。
对 nova-api 端点执行身份验证
要向 nova-api 端点发出请求，可实例化一个 novaclient.v1_1.client.Client 对象并对它执行调用。可通过两种方式获取一个与该 API 的 1.1 版进行通信的客户端。清单 10 演示了如何通过传递版本字符串作为参数来获取合适的客户端。
清单 10. 传递版本作为参数
from novaclient import client as novaclient
from credentials import get_nova_creds
creds = get_nova_creds()
nova = novaclient.Client("1.1", **creds)
清单 11 演示了如何通过显式导入 1.1 版模块来获取合适的客户端。
清单 11. 直接导入版本
import novaclient.v1_1.client as nvclient
from credentials import get_nova_creds
creds = get_nova_creds()
nova = nvclient.Client(**creds)
清单实例
使用 Client.servers.list 方法列出当前的 VM 实例，如清单 12 所示。
清单 12. 在一个交互式 Python 会话中获取一个 VM 实例列表
>>> import novaclient.v1_1.client as nvclient
>>> from credentials import get_nova_creds
>>> creds = get_nova_creds()
>>> nova = nvclient.Client(**creds)
>>> nova.servers.list()
[<Server: cirros>]
按名称获取一个实例并关闭它
如果不知道实例的 ID，只知道它的名称，那么可以使用 Server.find 方法。清单 13 显示了如何按名称找到一个实例，然后使用 Server.delete 方法终止它。
清单 13. 终止 “my-vm” 实例
import novaclient.v1_1.client as nvclient
from credentials import get_nova_creds
creds = get_nova_creds()
nova = nvclient.Client(**creds)
server = nova.servers.find(name="my-vm")
server.delete()
启动一个实例并检查状态
要启动一个新实例，可以使用 Client.servers.create 方法，如清单 14 所示。请注意，必须传递一个 image 对象和 flavor 对象，而不是 image 和 flavor 的名称。该示例还使用 Client.keypairs.create 方法将 Secure Shell (SSH) 公钥上传到 ~/.ssh/id_rsa.pub，并将密钥对命名为 mykey（假设该密钥对还不存在）。最后，它使用 Client.servers.get 方法获取该实例的当前状态，使用它来轮询状态。
清单 14. 启动一个新实例
附加一个浮动 IP 地址
要附加一个浮动 IP 地址，必须首先验证 OpenStack 是否拥有一个可用的浮动 IP 地址。使用 Client.floating_ips.list 方法获取可用的浮动 IP 地址列表。如果结果列表是空的，可使用 Client.floating_ips.create 方法分配一个新的浮动 IP 地址，然后使用 Server.add_floating_ip 方法将它分配给该实例，如清单 15 所示。
清单 15. 创建一个浮动 IP 地址
>>> nova.floating_ips.list()
[]
>>> floating_ip = nova.floating_ips.create()
<FloatingIP fixed_ip=None, id=1, instance_id=None, ip=192.168.27.129, pool=public>
>>> instance = nova.servers.find(name="test")
>>> instance.add_floating_ip(floating_ip)
更改一个安全组
使用 Client.security_group_rules.create 方法向一个安全组添加规则。清单 16 中的示例修改了默认的安全组，以便支持 SSH（在端口 22 上运行）以及所有 Internet Control Message Protocol (ICMP) 流量。为此，我使用 Client.security_groups.find 方法获取了名为 default 的安全组。
清单 16. 允许使用 default 安全组中的端口 22 和 ICMP
获取控制台日志
Server.get_console_output 方法获取了在启动 VM 时发送给控制台的文本。可以分析控制台输出，以解决更改主机密钥的常见问题。
IaaS 云（比如 OpenStack）的一个缺陷是，它不能很好地与 SSH 主机密钥检查功能进行互操作。如果登录到（比如 10.40.1.150 上的）某个实例，而该 IP 地址之前被您过去登录的另一个实例使用过，那么您将获得一个类似清单 17 的错误。
清单 17. ID 更改后的错误
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
@ WARNING: REMOTE HOST IDENTIFICATION HAS CHANGED! @
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
IT IS POSSIBLE THAT SOMEONE IS DOING SOMETHING NASTY!
Someone could be eavesdropping on you right now (man-in-the-middle attack)!
It is also possible that a host key has just been changed.
The fingerprint for the RSA key sent by the remote host is
6f:2b:59:46:cb:8c:81:48:06:f3:c5:db:40:23:d3:be.
Please contact your system administrator.
Add correct host key in /home/mylogin/.ssh/known_hosts to get rid of this message.
Offending key in /home/mylogin/.ssh/known_hosts:1
RSA host key for 10.40.1.150 has changed and you have requested strict checking.
Host key verification failed.
如果您的 VM 映像安装了 cloud-init 包（参见 参考资料），那么它会将主机密钥输出到控制台，如清单 8 所示。
清单 18. 控制台中的 SSH 密钥输出示例
-----BEGIN SSH HOST KEY KEYS-----
ecdsa-sha2-nistp256 AAAAE2VjZHNhLXNoYTItbmlzdHAyNTYAAAAIbmlzdHAyNTYAAABBBDciNMyzj0osyPOM+
1OyseTWgkzw+M43zp5H2CchG8daRDHel7V3OHETVdI6WofNn
SdBJAwIoisRFPxyroNGiVw= root@my-name
ssh-rsa AAAAB3NzaC1yc2EAAAADAQABAAABAQDU854+fNdcKMZTLCUejMOZllQmmphr6V5Aaz1F2+x2jXql5rqKQ
d5/h6OdFszcp+gdTeVtfgG++/298qodTemVVrvqwjp4eN87iHvhPxH6GDEevAKlEed2ckdAmgvzI9rcOYgR/46G9x
Iea0IdgNjMvN1baj6WPtv+HfcfH/ZV58G306lSJfbz/GVxNTIxW+Wg7ZQCAe6jWgm4oQ+66sco+7Fub24EPue3kO8
jqufqq3mY5+MFlzEHSX5B04ioG5Alw/JuqVx5+7zHt9I2wA3nzsyUdKtCTrw8V4fYEhWDm53WLOpW+8CeYCXuv+yL
7EjwLqhIH/TUuzGQiWmFGvyz root@my-name
-----END SSH HOST KEY KEYS-----
清单 19 给出的脚本使用 Server.get_console_output API 方法从控制台中提取 SSH 主机密钥，然后更新 ~/.ssh/known_hosts 文件，所以在首次使用 SSH 访问浮动 IP 地址时，您不会获得此 SSH 警告。
清单 19. 从控制台提取 SSH 主机密钥
OpenStack Image (glance)
OpenStack Image Service (glance) 负责管理 Compute Service 所使用的一个 VM 映像目录。
对 glance 端点执行身份验证
OpenStack Image (glance) Python API 在执行初始身份验证时与 Compute API 有一些细微的差别。glance API 依赖于必须从 keystone API 获取的信息：
glance 端点 URL
一个 keystone 身份验证令牌
像 nova API 一样，对于 glance API，您可以传递 API 的版本作为参数或直接导入该模块。清单 20 中的示例展示了如何使用该 API 的第 2 版，对 glance 端点执行身份验证。
清单 20. 对 glance API 执行身份验证
列出可用映像
使用 Client.images.list 方法列出当前的映像，如清单 22 所示。请注意，此方法会返回一个生成器，其中 nova API 中的 list 方法将会返回列表对象。
清单 22. 获取一个 VM 映像列表
将一个映像上传到 glance
清单 23 中的示例展示了如何使用 glance API 上传一个文件。这里需要使用该 API 的第 1 版创建一个映像，因为 Python API 绑定还未实现第 2 版的 create 方法。
清单 23. 将一个映像上传到 glance
后续步骤
本文仅简短概述了 OpenStack Python API 公开的功能。可通过多种方式进一步了解这些 API 的工作原理。
官方 API 文档
OpenStack 项目维护着所有 OpenStack Python API 的文档（参见 参考资料）。所有这些 API 都拥有每个模块、类和方法的自动生成的文档。一些 API 的文档中包含使用示例，而其他文档没有。
Introspect the API
了解 API 的一种最佳方式是在一个交互式命令行 Python 解释器中使用它们。bpython 解释器是一个增强的 Python 解释器，会在您键入时显示有效的方法名称，还会自动显示一个函数的文档字符串（参见图 1）。
图 1. bpython 的自动帮助显示界面
查阅 CLI 源代码
Python 的一个优势在于它的可读性，没有任何方法能够比阅读源代码更好地了解 API。所有包都托管在 openstack 小组中的 github 上。例如，要获取 nova API 源代码的副本，可运行以下命令：
git clone http://github.com/openstack/python-novaclient
因为这些命令行客户端是使用该 API 实现的，所以每个包都提供了一个示例应用程序。
对于 novaclient API，最有趣的文件包含在 novaclient/v1_1 目录中，该目录包含形成此 API 的 Python 类。shell 上的命令行命令被实现为 novaclient/v1_1/shell.py 中的 do_* 方法。例如，nova flavor-list 被实现为 do_flavor_list 方法，该方法最终会调用 Client.flavors.list API 方法。
查阅其他使用 Python API 的应用程序
其他一些应用程序也使用了 OpenStack Python API。OpenStack Dashboard（参见 参考资料，获取相关链接）完全使用 Python API 与各种 OpenStack 服务进行通信。它是使用 Python API 的应用程序的一个很好的例子。具体来讲，您可以查看 openstack_dashboard/api 目录，看看该仪表板是如何使用 Python API 的。
OpenStack Client（参见 参考资料）用于将现有客户端上的功能统一到单个命令行接口中。它使用了来自其他所有项目的 Python API。
Heat 项目是一个设计为使用 OpenStack 的业务流程层，它使用了这些 API。具体来讲，请查看 heat/engine/clients.py 文件。
Ansible 是一个基于 Python 的配置管理工具，拥有多个使用 Python API 的 OpenStack 模块。具体来讲，请查看 library/cloud 目录，其中包含 Ansible OpenStack 模块。
了解 Python API 的工作原理后，很难想像再返回使用 REST API 或命令行工具构建您的 OpenStack 自动化脚本的情形。
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