浪潮云海InCloud OpenStack 5.6（ICOS 5.6）于2019年完成单一集群规模达500节点的测试，验证了商业发行版的优越性和稳定性，为生产环境部署提供了参考。浪潮陆续推出了ICOS 5.6对社区版的深度优化介绍，本篇将分享解决并发创建2000虚拟机的秘密。
并发创建虚拟机是云计算最常见的应用场景之一，几乎所有的云计算厂商都有相对成熟的解决方案，可以支持数百规模的虚拟机并发创建。然而当并发规模突破1000量级后，确保虚拟机100%成功创建的难度急剧增加，仅有少数厂商的产品能够达到这一水平。
在浪潮基于OpenStack Rocky版本进行的全球最大规模单一集群测试中，浪潮云海InCloud OpenStack 5.6（ICOS5.6）成功完成了100%并发创建2000虚拟机的极限挑战，其首创的分布式锁方案很好地解决了由于Neutron（OpenStack网络组件）瓶颈导致的IP地址冲突问题。
IP地址冲突导致并发创建800虚拟机失败
本次大规模测试过程中，进行并发创建800虚拟机时发现总有失败出现，不能达到100%的成功率，查看Nova（OpenStack核心组件，负责管理和维护计算资源）日志发现如图1所示。
图1 并发创建800虚拟机失败提示
Neutron日志也报错，如图2所示。
图2 Neutron日志报错提示
在对Neutron分配IP机制进行深入研究后，ICOS网络团队发现原生社区分配IP设计存在缺陷，无锁设计必然导致IP分配产生冲突。冲突产生的根源在于并发情况下同时读取ipam_allocate表并分配可用IP（分配完成后并不立即commit到数据库），会大概率导致IP冲突，同时由于create_port_db封装方式，会将创建port、创建可用IP、可用IP保存到IPS表，这三个事务共同commit，进一步加剧了冲突概率。分析如图3所示。
图3 无锁设计导致IP分配产生冲突
针对这一问题，社区提供的解决方案是为create_port增加retry装饰器，一旦监测到提交数据库失败后重新执行create_port来解决冲突，其默认休息0.1秒，最大重试10次。不过，在并发规模过大时，由于间隔较短且重试次数偏少，很容易出现retry次数耗尽也无法成功创建虚拟机的情况，浪潮在并发创建800虚拟机出现失败的原因即在于此。
寻找最优解 独创分布式锁方案
经历并发创建800虚拟机失败后，ICOS网络团队尝试增加retry重试次数并加长重试间隔，将设置调整为重试次数20，间隔0.5秒，实现了并发创建800 虚拟机成功，如图4所示。
图4 成功并发创建800 虚拟机
但这一优化方案并非最优解，次数增加与间隔延长带来的通信开销与CPU资源占用严重：大批量创建虚拟机，创建端口时间有概率增长，理论最坏情况为[0.5, 1, 2, 4, 8, 10, 10, ... 10] 共165.5秒，需要延长Nova等待vf_plugged时间，与此同时由于最大重试20次，期间Neutron server异常繁忙，占用大量CPU资源。
摆在ICOS网络团队面前的问题是，如果800并发就产生如此高的资源占用，那么在2000并发的情况下，平台性能是否足以支撑100%的成功率？有没有更好的优化方案？最终，ICOS网络团队开发了分布式锁方案，成功完成了并发创建2000虚拟机。
浪潮独创的分布式锁方案采用了新的IPAM_DLM驱动，引入OpenStack Tooz项目，基于原有的IP分配算法对分配IP过程增加分布式锁，解决IP分配冲突。
解决IP地址分配冲突问题与酒店办理入住的场景非常相似，假设有10名前台负责同时到店的800位客人入住，retry的机制是前台仅负责随机分配房卡，由客人自行前往确认该房间是否可以入住，若已有人入住则返回前台重新分配新房间；而分布式锁方案的机制则是所有前台临时共享一个独立数据库，基于“先到先得”原则，任一房间一旦在数据库中已经登记则自动锁定，确保了每位领到房卡的客人一定可以入住该房间。
IPAM_DLM设计序列图如图5所示。
图5 IPAM_DLM设计序列图
在更新Neutron代码后，采用etcd作为分布式锁后端，重新测试并发创建800虚拟机的平均时长相比优化后的retry方案减少了18秒，load duration时间大幅缩短。如图6所示。
图6 ICOS分布式锁方案效果
目前，浪潮已经将分布式锁解决方案作为BP提交社区，并且得到社区的认可（BP已合入）。随后，浪潮将正式向社区提交代码。
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