daemon.GenericMain: Don't use list of multithreaded daemons
[ganeti-local] / doc / design-2.0.rst
1 =================
2 Ganeti 2.0 design
3 =================
4
5 This document describes the major changes in Ganeti 2.0 compared to
6 the 1.2 version.
7
8 The 2.0 version will constitute a rewrite of the 'core' architecture,
9 paving the way for additional features in future 2.x versions.
10
11 .. contents:: :depth: 3
12
13 Objective
14 =========
15
16 Ganeti 1.2 has many scalability issues and restrictions due to its
17 roots as software for managing small and 'static' clusters.
18
19 Version 2.0 will attempt to remedy first the scalability issues and
20 then the restrictions.
21
22 Background
23 ==========
24
25 While Ganeti 1.2 is usable, it severely limits the flexibility of the
26 cluster administration and imposes a very rigid model. It has the
27 following main scalability issues:
28
29 - only one operation at a time on the cluster [#]_
30 - poor handling of node failures in the cluster
31 - mixing hypervisors in a cluster not allowed
32
33 It also has a number of artificial restrictions, due to historical
34 design:
35
36 - fixed number of disks (two) per instance
37 - fixed number of NICs
38
39 .. [#] Replace disks will release the lock, but this is an exception
40        and not a recommended way to operate
41
42 The 2.0 version is intended to address some of these problems, and
43 create a more flexible code base for future developments.
44
45 Among these problems, the single-operation at a time restriction is
46 biggest issue with the current version of Ganeti. It is such a big
47 impediment in operating bigger clusters that many times one is tempted
48 to remove the lock just to do a simple operation like start instance
49 while an OS installation is running.
50
51 Scalability problems
52 --------------------
53
54 Ganeti 1.2 has a single global lock, which is used for all cluster
55 operations.  This has been painful at various times, for example:
56
57 - It is impossible for two people to efficiently interact with a cluster
58   (for example for debugging) at the same time.
59 - When batch jobs are running it's impossible to do other work (for
60   example failovers/fixes) on a cluster.
61
62 This poses scalability problems: as clusters grow in node and instance
63 size it's a lot more likely that operations which one could conceive
64 should run in parallel (for example because they happen on different
65 nodes) are actually stalling each other while waiting for the global
66 lock, without a real reason for that to happen.
67
68 One of the main causes of this global lock (beside the higher
69 difficulty of ensuring data consistency in a more granular lock model)
70 is the fact that currently there is no long-lived process in Ganeti
71 that can coordinate multiple operations. Each command tries to acquire
72 the so called *cmd* lock and when it succeeds, it takes complete
73 ownership of the cluster configuration and state.
74
75 Other scalability problems are due the design of the DRBD device
76 model, which assumed at its creation a low (one to four) number of
77 instances per node, which is no longer true with today's hardware.
78
79 Artificial restrictions
80 -----------------------
81
82 Ganeti 1.2 (and previous versions) have a fixed two-disks, one-NIC per
83 instance model. This is a purely artificial restrictions, but it
84 touches multiple areas (configuration, import/export, command line)
85 that it's more fitted to a major release than a minor one.
86
87 Architecture issues
88 -------------------
89
90 The fact that each command is a separate process that reads the
91 cluster state, executes the command, and saves the new state is also
92 an issue on big clusters where the configuration data for the cluster
93 begins to be non-trivial in size.
94
95 Overview
96 ========
97
98 In order to solve the scalability problems, a rewrite of the core
99 design of Ganeti is required. While the cluster operations themselves
100 won't change (e.g. start instance will do the same things, the way
101 these operations are scheduled internally will change radically.
102
103 The new design will change the cluster architecture to:
104
105 .. image:: arch-2.0.png
106
107 This differs from the 1.2 architecture by the addition of the master
108 daemon, which will be the only entity to talk to the node daemons.
109
110
111 Detailed design
112 ===============
113
114 The changes for 2.0 can be split into roughly three areas:
115
116 - core changes that affect the design of the software
117 - features (or restriction removals) but which do not have a wide
118   impact on the design
119 - user-level and API-level changes which translate into differences for
120   the operation of the cluster
121
122 Core changes
123 ------------
124
125 The main changes will be switching from a per-process model to a
126 daemon based model, where the individual gnt-* commands will be
127 clients that talk to this daemon (see `Master daemon`_). This will
128 allow us to get rid of the global cluster lock for most operations,
129 having instead a per-object lock (see `Granular locking`_). Also, the
130 daemon will be able to queue jobs, and this will allow the individual
131 clients to submit jobs without waiting for them to finish, and also
132 see the result of old requests (see `Job Queue`_).
133
134 Beside these major changes, another 'core' change but that will not be
135 as visible to the users will be changing the model of object attribute
136 storage, and separate that into name spaces (such that an Xen PVM
137 instance will not have the Xen HVM parameters). This will allow future
138 flexibility in defining additional parameters. For more details see
139 `Object parameters`_.
140
141 The various changes brought in by the master daemon model and the
142 read-write RAPI will require changes to the cluster security; we move
143 away from Twisted and use HTTP(s) for intra- and extra-cluster
144 communications. For more details, see the security document in the
145 doc/ directory.
146
147 Master daemon
148 ~~~~~~~~~~~~~
149
150 In Ganeti 2.0, we will have the following *entities*:
151
152 - the master daemon (on the master node)
153 - the node daemon (on all nodes)
154 - the command line tools (on the master node)
155 - the RAPI daemon (on the master node)
156
157 The master-daemon related interaction paths are:
158
159 - (CLI tools/RAPI daemon) and the master daemon, via the so called
160   *LUXI* API
161 - the master daemon and the node daemons, via the node RPC
162
163 There are also some additional interaction paths for exceptional cases:
164
165 - CLI tools might access via SSH the nodes (for ``gnt-cluster copyfile``
166   and ``gnt-cluster command``)
167 - master failover is a special case when a non-master node will SSH
168   and do node-RPC calls to the current master
169
170 The protocol between the master daemon and the node daemons will be
171 changed from (Ganeti 1.2) Twisted PB (perspective broker) to HTTP(S),
172 using a simple PUT/GET of JSON-encoded messages. This is done due to
173 difficulties in working with the Twisted framework and its protocols
174 in a multithreaded environment, which we can overcome by using a
175 simpler stack (see the caveats section).
176
177 The protocol between the CLI/RAPI and the master daemon will be a
178 custom one (called *LUXI*): on a UNIX socket on the master node, with
179 rights restricted by filesystem permissions, the CLI/RAPI will talk to
180 the master daemon using JSON-encoded messages.
181
182 The operations supported over this internal protocol will be encoded
183 via a python library that will expose a simple API for its
184 users. Internally, the protocol will simply encode all objects in JSON
185 format and decode them on the receiver side.
186
187 For more details about the RAPI daemon see `Remote API changes`_, and
188 for the node daemon see `Node daemon changes`_.
189
190 The LUXI protocol
191 +++++++++++++++++
192
193 As described above, the protocol for making requests or queries to the
194 master daemon will be a UNIX-socket based simple RPC of JSON-encoded
195 messages.
196
197 The choice of UNIX was in order to get rid of the need of
198 authentication and authorisation inside Ganeti; for 2.0, the
199 permissions on the Unix socket itself will determine the access
200 rights.
201
202 We will have two main classes of operations over this API:
203
204 - cluster query functions
205 - job related functions
206
207 The cluster query functions are usually short-duration, and are the
208 equivalent of the ``OP_QUERY_*`` opcodes in Ganeti 1.2 (and they are
209 internally implemented still with these opcodes). The clients are
210 guaranteed to receive the response in a reasonable time via a timeout.
211
212 The job-related functions will be:
213
214 - submit job
215 - query job (which could also be categorized in the query-functions)
216 - archive job (see the job queue design doc)
217 - wait for job change, which allows a client to wait without polling
218
219 For more details of the actual operation list, see the `Job Queue`_.
220
221 Both requests and responses will consist of a JSON-encoded message
222 followed by the ``ETX`` character (ASCII decimal 3), which is not a
223 valid character in JSON messages and thus can serve as a message
224 delimiter. The contents of the messages will be a dictionary with two
225 fields:
226
227 :method:
228   the name of the method called
229 :args:
230   the arguments to the method, as a list (no keyword arguments allowed)
231
232 Responses will follow the same format, with the two fields being:
233
234 :success:
235   a boolean denoting the success of the operation
236 :result:
237   the actual result, or error message in case of failure
238
239 There are two special value for the result field:
240
241 - in the case that the operation failed, and this field is a list of
242   length two, the client library will try to interpret is as an
243   exception, the first element being the exception type and the second
244   one the actual exception arguments; this will allow a simple method of
245   passing Ganeti-related exception across the interface
246 - for the *WaitForChange* call (that waits on the server for a job to
247   change status), if the result is equal to ``nochange`` instead of the
248   usual result for this call (a list of changes), then the library will
249   internally retry the call; this is done in order to differentiate
250   internally between master daemon hung and job simply not changed
251
252 Users of the API that don't use the provided python library should
253 take care of the above two cases.
254
255
256 Master daemon implementation
257 ++++++++++++++++++++++++++++
258
259 The daemon will be based around a main I/O thread that will wait for
260 new requests from the clients, and that does the setup/shutdown of the
261 other thread (pools).
262
263 There will two other classes of threads in the daemon:
264
265 - job processing threads, part of a thread pool, and which are
266   long-lived, started at daemon startup and terminated only at shutdown
267   time
268 - client I/O threads, which are the ones that talk the local protocol
269   (LUXI) to the clients, and are short-lived
270
271 Master startup/failover
272 +++++++++++++++++++++++
273
274 In Ganeti 1.x there is no protection against failing over the master
275 to a node with stale configuration. In effect, the responsibility of
276 correct failovers falls on the admin. This is true both for the new
277 master and for when an old, offline master startup.
278
279 Since in 2.x we are extending the cluster state to cover the job queue
280 and have a daemon that will execute by itself the job queue, we want
281 to have more resilience for the master role.
282
283 The following algorithm will happen whenever a node is ready to
284 transition to the master role, either at startup time or at node
285 failover:
286
287 #. read the configuration file and parse the node list
288    contained within
289
290 #. query all the nodes and make sure we obtain an agreement via
291    a quorum of at least half plus one nodes for the following:
292
293     - we have the latest configuration and job list (as
294       determined by the serial number on the configuration and
295       highest job ID on the job queue)
296
297     - there is not even a single node having a newer
298       configuration file
299
300     - if we are not failing over (but just starting), the
301       quorum agrees that we are the designated master
302
303     - if any of the above is false, we prevent the current operation
304       (i.e. we don't become the master)
305
306 #. at this point, the node transitions to the master role
307
308 #. for all the in-progress jobs, mark them as failed, with
309    reason unknown or something similar (master failed, etc.)
310
311 Since due to exceptional conditions we could have a situation in which
312 no node can become the master due to inconsistent data, we will have
313 an override switch for the master daemon startup that will assume the
314 current node has the right data and will replicate all the
315 configuration files to the other nodes.
316
317 **Note**: the above algorithm is by no means an election algorithm; it
318 is a *confirmation* of the master role currently held by a node.
319
320 Logging
321 +++++++
322
323 The logging system will be switched completely to the standard python
324 logging module; currently it's logging-based, but exposes a different
325 API, which is just overhead. As such, the code will be switched over
326 to standard logging calls, and only the setup will be custom.
327
328 With this change, we will remove the separate debug/info/error logs,
329 and instead have always one logfile per daemon model:
330
331 - master-daemon.log for the master daemon
332 - node-daemon.log for the node daemon (this is the same as in 1.2)
333 - rapi-daemon.log for the RAPI daemon logs
334 - rapi-access.log, an additional log file for the RAPI that will be
335   in the standard HTTP log format for possible parsing by other tools
336
337 Since the :term:`watcher` will only submit jobs to the master for
338 startup of the instances, its log file will contain less information
339 than before, mainly that it will start the instance, but not the
340 results.
341
342 Node daemon changes
343 +++++++++++++++++++
344
345 The only change to the node daemon is that, since we need better
346 concurrency, we don't process the inter-node RPC calls in the node
347 daemon itself, but we fork and process each request in a separate
348 child.
349
350 Since we don't have many calls, and we only fork (not exec), the
351 overhead should be minimal.
352
353 Caveats
354 +++++++
355
356 A discussed alternative is to keep the current individual processes
357 touching the cluster configuration model. The reasons we have not
358 chosen this approach is:
359
360 - the speed of reading and unserializing the cluster state
361   today is not small enough that we can ignore it; the addition of
362   the job queue will make the startup cost even higher. While this
363   runtime cost is low, it can be on the order of a few seconds on
364   bigger clusters, which for very quick commands is comparable to
365   the actual duration of the computation itself
366
367 - individual commands would make it harder to implement a
368   fire-and-forget job request, along the lines "start this
369   instance but do not wait for it to finish"; it would require a
370   model of backgrounding the operation and other things that are
371   much better served by a daemon-based model
372
373 Another area of discussion is moving away from Twisted in this new
374 implementation. While Twisted has its advantages, there are also many
375 disadvantages to using it:
376
377 - first and foremost, it's not a library, but a framework; thus, if
378   you use twisted, all the code needs to be 'twiste-ized' and written
379   in an asynchronous manner, using deferreds; while this method works,
380   it's not a common way to code and it requires that the entire process
381   workflow is based around a single *reactor* (Twisted name for a main
382   loop)
383 - the more advanced granular locking that we want to implement would
384   require, if written in the async-manner, deep integration with the
385   Twisted stack, to such an extend that business-logic is inseparable
386   from the protocol coding; we felt that this is an unreasonable
387   request, and that a good protocol library should allow complete
388   separation of low-level protocol calls and business logic; by
389   comparison, the threaded approach combined with HTTPs protocol
390   required (for the first iteration) absolutely no changes from the 1.2
391   code, and later changes for optimizing the inter-node RPC calls
392   required just syntactic changes (e.g.  ``rpc.call_...`` to
393   ``self.rpc.call_...``)
394
395 Another issue is with the Twisted API stability - during the Ganeti
396 1.x lifetime, we had to to implement many times workarounds to changes
397 in the Twisted version, so that for example 1.2 is able to use both
398 Twisted 2.x and 8.x.
399
400 In the end, since we already had an HTTP server library for the RAPI,
401 we just reused that for inter-node communication.
402
403
404 Granular locking
405 ~~~~~~~~~~~~~~~~
406
407 We want to make sure that multiple operations can run in parallel on a
408 Ganeti Cluster. In order for this to happen we need to make sure
409 concurrently run operations don't step on each other toes and break the
410 cluster.
411
412 This design addresses how we are going to deal with locking so that:
413
414 - we preserve data coherency
415 - we prevent deadlocks
416 - we prevent job starvation
417
418 Reaching the maximum possible parallelism is a Non-Goal. We have
419 identified a set of operations that are currently bottlenecks and need
420 to be parallelised and have worked on those. In the future it will be
421 possible to address other needs, thus making the cluster more and more
422 parallel one step at a time.
423
424 This section only talks about parallelising Ganeti level operations, aka
425 Logical Units, and the locking needed for that. Any other
426 synchronization lock needed internally by the code is outside its scope.
427
428 Library details
429 +++++++++++++++
430
431 The proposed library has these features:
432
433 - internally managing all the locks, making the implementation
434   transparent from their usage
435 - automatically grabbing multiple locks in the right order (avoid
436   deadlock)
437 - ability to transparently handle conversion to more granularity
438 - support asynchronous operation (future goal)
439
440 Locking will be valid only on the master node and will not be a
441 distributed operation. Therefore, in case of master failure, the
442 operations currently running will be aborted and the locks will be
443 lost; it remains to the administrator to cleanup (if needed) the
444 operation result (e.g. make sure an instance is either installed
445 correctly or removed).
446
447 A corollary of this is that a master-failover operation with both
448 masters alive needs to happen while no operations are running, and
449 therefore no locks are held.
450
451 All the locks will be represented by objects (like
452 ``lockings.SharedLock``), and the individual locks for each object
453 will be created at initialisation time, from the config file.
454
455 The API will have a way to grab one or more than one locks at the same
456 time.  Any attempt to grab a lock while already holding one in the wrong
457 order will be checked for, and fail.
458
459
460 The Locks
461 +++++++++
462
463 At the first stage we have decided to provide the following locks:
464
465 - One "config file" lock
466 - One lock per node in the cluster
467 - One lock per instance in the cluster
468
469 All the instance locks will need to be taken before the node locks, and
470 the node locks before the config lock. Locks will need to be acquired at
471 the same time for multiple instances and nodes, and internal ordering
472 will be dealt within the locking library, which, for simplicity, will
473 just use alphabetical order.
474
475 Each lock has the following three possible statuses:
476
477 - unlocked (anyone can grab the lock)
478 - shared (anyone can grab/have the lock but only in shared mode)
479 - exclusive (no one else can grab/have the lock)
480
481 Handling conversion to more granularity
482 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
483
484 In order to convert to a more granular approach transparently each time
485 we split a lock into more we'll create a "metalock", which will depend
486 on those sub-locks and live for the time necessary for all the code to
487 convert (or forever, in some conditions). When a metalock exists all
488 converted code must acquire it in shared mode, so it can run
489 concurrently, but still be exclusive with old code, which acquires it
490 exclusively.
491
492 In the beginning the only such lock will be what replaces the current
493 "command" lock, and will acquire all the locks in the system, before
494 proceeding. This lock will be called the "Big Ganeti Lock" because
495 holding that one will avoid any other concurrent Ganeti operations.
496
497 We might also want to devise more metalocks (eg. all nodes, all
498 nodes+config) in order to make it easier for some parts of the code to
499 acquire what it needs without specifying it explicitly.
500
501 In the future things like the node locks could become metalocks, should
502 we decide to split them into an even more fine grained approach, but
503 this will probably be only after the first 2.0 version has been
504 released.
505
506 Adding/Removing locks
507 +++++++++++++++++++++
508
509 When a new instance or a new node is created an associated lock must be
510 added to the list. The relevant code will need to inform the locking
511 library of such a change.
512
513 This needs to be compatible with every other lock in the system,
514 especially metalocks that guarantee to grab sets of resources without
515 specifying them explicitly. The implementation of this will be handled
516 in the locking library itself.
517
518 When instances or nodes disappear from the cluster the relevant locks
519 must be removed. This is easier than adding new elements, as the code
520 which removes them must own them exclusively already, and thus deals
521 with metalocks exactly as normal code acquiring those locks. Any
522 operation queuing on a removed lock will fail after its removal.
523
524 Asynchronous operations
525 +++++++++++++++++++++++
526
527 For the first version the locking library will only export synchronous
528 operations, which will block till the needed lock are held, and only
529 fail if the request is impossible or somehow erroneous.
530
531 In the future we may want to implement different types of asynchronous
532 operations such as:
533
534 - try to acquire this lock set and fail if not possible
535 - try to acquire one of these lock sets and return the first one you
536   were able to get (or after a timeout) (select/poll like)
537
538 These operations can be used to prioritize operations based on available
539 locks, rather than making them just blindly queue for acquiring them.
540 The inherent risk, though, is that any code using the first operation,
541 or setting a timeout for the second one, is susceptible to starvation
542 and thus may never be able to get the required locks and complete
543 certain tasks. Considering this providing/using these operations should
544 not be among our first priorities.
545
546 Locking granularity
547 +++++++++++++++++++
548
549 For the first version of this code we'll convert each Logical Unit to
550 acquire/release the locks it needs, so locking will be at the Logical
551 Unit level.  In the future we may want to split logical units in
552 independent "tasklets" with their own locking requirements. A different
553 design doc (or mini design doc) will cover the move from Logical Units
554 to tasklets.
555
556 Code examples
557 +++++++++++++
558
559 In general when acquiring locks we should use a code path equivalent
560 to::
561
562   lock.acquire()
563   try:
564     ...
565     # other code
566   finally:
567     lock.release()
568
569 This makes sure we release all locks, and avoid possible deadlocks. Of
570 course extra care must be used not to leave, if possible locked
571 structures in an unusable state. Note that with Python 2.5 a simpler
572 syntax will be possible, but we want to keep compatibility with Python
573 2.4 so the new constructs should not be used.
574
575 In order to avoid this extra indentation and code changes everywhere in
576 the Logical Units code, we decided to allow LUs to declare locks, and
577 then execute their code with their locks acquired. In the new world LUs
578 are called like this::
579
580   # user passed names are expanded to the internal lock/resource name,
581   # then known needed locks are declared
582   lu.ExpandNames()
583   ... some locking/adding of locks may happen ...
584   # late declaration of locks for one level: this is useful because sometimes
585   # we can't know which resource we need before locking the previous level
586   lu.DeclareLocks() # for each level (cluster, instance, node)
587   ... more locking/adding of locks can happen ...
588   # these functions are called with the proper locks held
589   lu.CheckPrereq()
590   lu.Exec()
591   ... locks declared for removal are removed, all acquired locks released ...
592
593 The Processor and the LogicalUnit class will contain exact documentation
594 on how locks are supposed to be declared.
595
596 Caveats
597 +++++++
598
599 This library will provide an easy upgrade path to bring all the code to
600 granular locking without breaking everything, and it will also guarantee
601 against a lot of common errors. Code switching from the old "lock
602 everything" lock to the new system, though, needs to be carefully
603 scrutinised to be sure it is really acquiring all the necessary locks,
604 and none has been overlooked or forgotten.
605
606 The code can contain other locks outside of this library, to synchronise
607 other threaded code (eg for the job queue) but in general these should
608 be leaf locks or carefully structured non-leaf ones, to avoid deadlock
609 race conditions.
610
611
612 Job Queue
613 ~~~~~~~~~
614
615 Granular locking is not enough to speed up operations, we also need a
616 queue to store these and to be able to process as many as possible in
617 parallel.
618
619 A Ganeti job will consist of multiple ``OpCodes`` which are the basic
620 element of operation in Ganeti 1.2 (and will remain as such). Most
621 command-level commands are equivalent to one OpCode, or in some cases
622 to a sequence of opcodes, all of the same type (e.g. evacuating a node
623 will generate N opcodes of type replace disks).
624
625
626 Job execution—“Life of a Ganeti job”
627 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++
628
629 #. Job gets submitted by the client. A new job identifier is generated
630    and assigned to the job. The job is then automatically replicated
631    [#replic]_ to all nodes in the cluster. The identifier is returned to
632    the client.
633 #. A pool of worker threads waits for new jobs. If all are busy, the job
634    has to wait and the first worker finishing its work will grab it.
635    Otherwise any of the waiting threads will pick up the new job.
636 #. Client waits for job status updates by calling a waiting RPC
637    function. Log message may be shown to the user. Until the job is
638    started, it can also be canceled.
639 #. As soon as the job is finished, its final result and status can be
640    retrieved from the server.
641 #. If the client archives the job, it gets moved to a history directory.
642    There will be a method to archive all jobs older than a a given age.
643
644 .. [#replic] We need replication in order to maintain the consistency
645    across all nodes in the system; the master node only differs in the
646    fact that now it is running the master daemon, but it if fails and we
647    do a master failover, the jobs are still visible on the new master
648    (though marked as failed).
649
650 Failures to replicate a job to other nodes will be only flagged as
651 errors in the master daemon log if more than half of the nodes failed,
652 otherwise we ignore the failure, and rely on the fact that the next
653 update (for still running jobs) will retry the update. For finished
654 jobs, it is less of a problem.
655
656 Future improvements will look into checking the consistency of the job
657 list and jobs themselves at master daemon startup.
658
659
660 Job storage
661 +++++++++++
662
663 Jobs are stored in the filesystem as individual files, serialized
664 using JSON (standard serialization mechanism in Ganeti).
665
666 The choice of storing each job in its own file was made because:
667
668 - a file can be atomically replaced
669 - a file can easily be replicated to other nodes
670 - checking consistency across nodes can be implemented very easily,
671   since all job files should be (at a given moment in time) identical
672
673 The other possible choices that were discussed and discounted were:
674
675 - single big file with all job data: not feasible due to difficult
676   updates
677 - in-process databases: hard to replicate the entire database to the
678   other nodes, and replicating individual operations does not mean wee
679   keep consistency
680
681
682 Queue structure
683 +++++++++++++++
684
685 All file operations have to be done atomically by writing to a temporary
686 file and subsequent renaming. Except for log messages, every change in a
687 job is stored and replicated to other nodes.
688
689 ::
690
691   /var/lib/ganeti/queue/
692     job-1 (JSON encoded job description and status)
693     […]
694     job-37
695     job-38
696     job-39
697     lock (Queue managing process opens this file in exclusive mode)
698     serial (Last job ID used)
699     version (Queue format version)
700
701
702 Locking
703 +++++++
704
705 Locking in the job queue is a complicated topic. It is called from more
706 than one thread and must be thread-safe. For simplicity, a single lock
707 is used for the whole job queue.
708
709 A more detailed description can be found in doc/locking.rst.
710
711
712 Internal RPC
713 ++++++++++++
714
715 RPC calls available between Ganeti master and node daemons:
716
717 jobqueue_update(file_name, content)
718   Writes a file in the job queue directory.
719 jobqueue_purge()
720   Cleans the job queue directory completely, including archived job.
721 jobqueue_rename(old, new)
722   Renames a file in the job queue directory.
723
724
725 Client RPC
726 ++++++++++
727
728 RPC between Ganeti clients and the Ganeti master daemon supports the
729 following operations:
730
731 SubmitJob(ops)
732   Submits a list of opcodes and returns the job identifier. The
733   identifier is guaranteed to be unique during the lifetime of a
734   cluster.
735 WaitForJobChange(job_id, fields, […], timeout)
736   This function waits until a job changes or a timeout expires. The
737   condition for when a job changed is defined by the fields passed and
738   the last log message received.
739 QueryJobs(job_ids, fields)
740   Returns field values for the job identifiers passed.
741 CancelJob(job_id)
742   Cancels the job specified by identifier. This operation may fail if
743   the job is already running, canceled or finished.
744 ArchiveJob(job_id)
745   Moves a job into the …/archive/ directory. This operation will fail if
746   the job has not been canceled or finished.
747
748
749 Job and opcode status
750 +++++++++++++++++++++
751
752 Each job and each opcode has, at any time, one of the following states:
753
754 Queued
755   The job/opcode was submitted, but did not yet start.
756 Waiting
757   The job/opcode is waiting for a lock to proceed.
758 Running
759   The job/opcode is running.
760 Canceled
761   The job/opcode was canceled before it started.
762 Success
763   The job/opcode ran and finished successfully.
764 Error
765   The job/opcode was aborted with an error.
766
767 If the master is aborted while a job is running, the job will be set to
768 the Error status once the master started again.
769
770
771 History
772 +++++++
773
774 Archived jobs are kept in a separate directory,
775 ``/var/lib/ganeti/queue/archive/``.  This is done in order to speed up
776 the queue handling: by default, the jobs in the archive are not
777 touched by any functions. Only the current (unarchived) jobs are
778 parsed, loaded, and verified (if implemented) by the master daemon.
779
780
781 Ganeti updates
782 ++++++++++++++
783
784 The queue has to be completely empty for Ganeti updates with changes
785 in the job queue structure. In order to allow this, there will be a
786 way to prevent new jobs entering the queue.
787
788
789 Object parameters
790 ~~~~~~~~~~~~~~~~~
791
792 Across all cluster configuration data, we have multiple classes of
793 parameters:
794
795 A. cluster-wide parameters (e.g. name of the cluster, the master);
796    these are the ones that we have today, and are unchanged from the
797    current model
798
799 #. node parameters
800
801 #. instance specific parameters, e.g. the name of disks (LV), that
802    cannot be shared with other instances
803
804 #. instance parameters, that are or can be the same for many
805    instances, but are not hypervisor related; e.g. the number of VCPUs,
806    or the size of memory
807
808 #. instance parameters that are hypervisor specific (e.g. kernel_path
809    or PAE mode)
810
811
812 The following definitions for instance parameters will be used below:
813
814 :hypervisor parameter:
815   a hypervisor parameter (or hypervisor specific parameter) is defined
816   as a parameter that is interpreted by the hypervisor support code in
817   Ganeti and usually is specific to a particular hypervisor (like the
818   kernel path for :term:`PVM` which makes no sense for :term:`HVM`).
819
820 :backend parameter:
821   a backend parameter is defined as an instance parameter that can be
822   shared among a list of instances, and is either generic enough not
823   to be tied to a given hypervisor or cannot influence at all the
824   hypervisor behaviour.
825
826   For example: memory, vcpus, auto_balance
827
828   All these parameters will be encoded into constants.py with the prefix
829   "BE\_" and the whole list of parameters will exist in the set
830   "BES_PARAMETERS"
831
832 :proper parameter:
833   a parameter whose value is unique to the instance (e.g. the name of a
834   LV, or the MAC of a NIC)
835
836 As a general rule, for all kind of parameters, “None” (or in
837 JSON-speak, “nil”) will no longer be a valid value for a parameter. As
838 such, only non-default parameters will be saved as part of objects in
839 the serialization step, reducing the size of the serialized format.
840
841 Cluster parameters
842 ++++++++++++++++++
843
844 Cluster parameters remain as today, attributes at the top level of the
845 Cluster object. In addition, two new attributes at this level will
846 hold defaults for the instances:
847
848 - hvparams, a dictionary indexed by hypervisor type, holding default
849   values for hypervisor parameters that are not defined/overridden by
850   the instances of this hypervisor type
851
852 - beparams, a dictionary holding (for 2.0) a single element 'default',
853   which holds the default value for backend parameters
854
855 Node parameters
856 +++++++++++++++
857
858 Node-related parameters are very few, and we will continue using the
859 same model for these as previously (attributes on the Node object).
860
861 There are three new node flags, described in a separate section "node
862 flags" below.
863
864 Instance parameters
865 +++++++++++++++++++
866
867 As described before, the instance parameters are split in three:
868 instance proper parameters, unique to each instance, instance
869 hypervisor parameters and instance backend parameters.
870
871 The “hvparams” and “beparams” are kept in two dictionaries at instance
872 level. Only non-default parameters are stored (but once customized, a
873 parameter will be kept, even with the same value as the default one,
874 until reset).
875
876 The names for hypervisor parameters in the instance.hvparams subtree
877 should be choosen as generic as possible, especially if specific
878 parameters could conceivably be useful for more than one hypervisor,
879 e.g. ``instance.hvparams.vnc_console_port`` instead of using both
880 ``instance.hvparams.hvm_vnc_console_port`` and
881 ``instance.hvparams.kvm_vnc_console_port``.
882
883 There are some special cases related to disks and NICs (for example):
884 a disk has both Ganeti-related parameters (e.g. the name of the LV)
885 and hypervisor-related parameters (how the disk is presented to/named
886 in the instance). The former parameters remain as proper-instance
887 parameters, while the latter value are migrated to the hvparams
888 structure. In 2.0, we will have only globally-per-instance such
889 hypervisor parameters, and not per-disk ones (e.g. all NICs will be
890 exported as of the same type).
891
892 Starting from the 1.2 list of instance parameters, here is how they
893 will be mapped to the three classes of parameters:
894
895 - name (P)
896 - primary_node (P)
897 - os (P)
898 - hypervisor (P)
899 - status (P)
900 - memory (BE)
901 - vcpus (BE)
902 - nics (P)
903 - disks (P)
904 - disk_template (P)
905 - network_port (P)
906 - kernel_path (HV)
907 - initrd_path (HV)
908 - hvm_boot_order (HV)
909 - hvm_acpi (HV)
910 - hvm_pae (HV)
911 - hvm_cdrom_image_path (HV)
912 - hvm_nic_type (HV)
913 - hvm_disk_type (HV)
914 - vnc_bind_address (HV)
915 - serial_no (P)
916
917
918 Parameter validation
919 ++++++++++++++++++++
920
921 To support the new cluster parameter design, additional features will
922 be required from the hypervisor support implementations in Ganeti.
923
924 The hypervisor support  implementation API will be extended with the
925 following features:
926
927 :PARAMETERS: class-level attribute holding the list of valid parameters
928   for this hypervisor
929 :CheckParamSyntax(hvparams): checks that the given parameters are
930   valid (as in the names are valid) for this hypervisor; usually just
931   comparing ``hvparams.keys()`` and ``cls.PARAMETERS``; this is a class
932   method that can be called from within master code (i.e. cmdlib) and
933   should be safe to do so
934 :ValidateParameters(hvparams): verifies the values of the provided
935   parameters against this hypervisor; this is a method that will be
936   called on the target node, from backend.py code, and as such can
937   make node-specific checks (e.g. kernel_path checking)
938
939 Default value application
940 +++++++++++++++++++++++++
941
942 The application of defaults to an instance is done in the Cluster
943 object, via two new methods as follows:
944
945 - ``Cluster.FillHV(instance)``, returns 'filled' hvparams dict, based on
946   instance's hvparams and cluster's ``hvparams[instance.hypervisor]``
947
948 - ``Cluster.FillBE(instance, be_type="default")``, which returns the
949   beparams dict, based on the instance and cluster beparams
950
951 The FillHV/BE transformations will be used, for example, in the
952 RpcRunner when sending an instance for activation/stop, and the sent
953 instance hvparams/beparams will have the final value (noded code doesn't
954 know about defaults).
955
956 LU code will need to self-call the transformation, if needed.
957
958 Opcode changes
959 ++++++++++++++
960
961 The parameter changes will have impact on the OpCodes, especially on
962 the following ones:
963
964 - ``OpCreateInstance``, where the new hv and be parameters will be sent
965   as dictionaries; note that all hv and be parameters are now optional,
966   as the values can be instead taken from the cluster
967 - ``OpQueryInstances``, where we have to be able to query these new
968   parameters; the syntax for names will be ``hvparam/$NAME`` and
969   ``beparam/$NAME`` for querying an individual parameter out of one
970   dictionary, and ``hvparams``, respectively ``beparams``, for the whole
971   dictionaries
972 - ``OpModifyInstance``, where the the modified parameters are sent as
973   dictionaries
974
975 Additionally, we will need new OpCodes to modify the cluster-level
976 defaults for the be/hv sets of parameters.
977
978 Caveats
979 +++++++
980
981 One problem that might appear is that our classification is not
982 complete or not good enough, and we'll need to change this model. As
983 the last resort, we will need to rollback and keep 1.2 style.
984
985 Another problem is that classification of one parameter is unclear
986 (e.g. ``network_port``, is this BE or HV?); in this case we'll take
987 the risk of having to move parameters later between classes.
988
989 Security
990 ++++++++
991
992 The only security issue that we foresee is if some new parameters will
993 have sensitive value. If so, we will need to have a way to export the
994 config data while purging the sensitive value.
995
996 E.g. for the drbd shared secrets, we could export these with the
997 values replaced by an empty string.
998
999 Node flags
1000 ~~~~~~~~~~
1001
1002 Ganeti 2.0 adds three node flags that change the way nodes are handled
1003 within Ganeti and the related infrastructure (iallocator interaction,
1004 RAPI data export).
1005
1006 *master candidate* flag
1007 +++++++++++++++++++++++
1008
1009 Ganeti 2.0 allows more scalability in operation by introducing
1010 parallelization. However, a new bottleneck is reached that is the
1011 synchronization and replication of cluster configuration to all nodes
1012 in the cluster.
1013
1014 This breaks scalability as the speed of the replication decreases
1015 roughly with the size of the nodes in the cluster. The goal of the
1016 master candidate flag is to change this O(n) into O(1) with respect to
1017 job and configuration data propagation.
1018
1019 Only nodes having this flag set (let's call this set of nodes the
1020 *candidate pool*) will have jobs and configuration data replicated.
1021
1022 The cluster will have a new parameter (runtime changeable) called
1023 ``candidate_pool_size`` which represents the number of candidates the
1024 cluster tries to maintain (preferably automatically).
1025
1026 This will impact the cluster operations as follows:
1027
1028 - jobs and config data will be replicated only to a fixed set of nodes
1029 - master fail-over will only be possible to a node in the candidate pool
1030 - cluster verify needs changing to account for these two roles
1031 - external scripts will no longer have access to the configuration
1032   file (this is not recommended anyway)
1033
1034
1035 The caveats of this change are:
1036
1037 - if all candidates are lost (completely), cluster configuration is
1038   lost (but it should be backed up external to the cluster anyway)
1039
1040 - failed nodes which are candidate must be dealt with properly, so
1041   that we don't lose too many candidates at the same time; this will be
1042   reported in cluster verify
1043
1044 - the 'all equal' concept of ganeti is no longer true
1045
1046 - the partial distribution of config data means that all nodes will
1047   have to revert to ssconf files for master info (as in 1.2)
1048
1049 Advantages:
1050
1051 - speed on a 100+ nodes simulated cluster is greatly enhanced, even
1052   for a simple operation; ``gnt-instance remove`` on a diskless instance
1053   remove goes from ~9seconds to ~2 seconds
1054
1055 - node failure of non-candidates will be less impacting on the cluster
1056
1057 The default value for the candidate pool size will be set to 10 but
1058 this can be changed at cluster creation and modified any time later.
1059
1060 Testing on simulated big clusters with sequential and parallel jobs
1061 show that this value (10) is a sweet-spot from performance and load
1062 point of view.
1063
1064 *offline* flag
1065 ++++++++++++++
1066
1067 In order to support better the situation in which nodes are offline
1068 (e.g. for repair) without altering the cluster configuration, Ganeti
1069 needs to be told and needs to properly handle this state for nodes.
1070
1071 This will result in simpler procedures, and less mistakes, when the
1072 amount of node failures is high on an absolute scale (either due to
1073 high failure rate or simply big clusters).
1074
1075 Nodes having this attribute set will not be contacted for inter-node
1076 RPC calls, will not be master candidates, and will not be able to host
1077 instances as primaries.
1078
1079 Setting this attribute on a node:
1080
1081 - will not be allowed if the node is the master
1082 - will not be allowed if the node has primary instances
1083 - will cause the node to be demoted from the master candidate role (if
1084   it was), possibly causing another node to be promoted to that role
1085
1086 This attribute will impact the cluster operations as follows:
1087
1088 - querying these nodes for anything will fail instantly in the RPC
1089   library, with a specific RPC error (RpcResult.offline == True)
1090
1091 - they will be listed in the Other section of cluster verify
1092
1093 The code is changed in the following ways:
1094
1095 - RPC calls were be converted to skip such nodes:
1096
1097   - RpcRunner-instance-based RPC calls are easy to convert
1098
1099   - static/classmethod RPC calls are harder to convert, and were left
1100     alone
1101
1102 - the RPC results were unified so that this new result state (offline)
1103   can be differentiated
1104
1105 - master voting still queries in repair nodes, as we need to ensure
1106   consistency in case the (wrong) masters have old data, and nodes have
1107   come back from repairs
1108
1109 Caveats:
1110
1111 - some operation semantics are less clear (e.g. what to do on instance
1112   start with offline secondary?); for now, these will just fail as if
1113   the flag is not set (but faster)
1114 - 2-node cluster with one node offline needs manual startup of the
1115   master with a special flag to skip voting (as the master can't get a
1116   quorum there)
1117
1118 One of the advantages of implementing this flag is that it will allow
1119 in the future automation tools to automatically put the node in
1120 repairs and recover from this state, and the code (should/will) handle
1121 this much better than just timing out. So, future possible
1122 improvements (for later versions):
1123
1124 - watcher will detect nodes which fail RPC calls, will attempt to ssh
1125   to them, if failure will put them offline
1126 - watcher will try to ssh and query the offline nodes, if successful
1127   will take them off the repair list
1128
1129 Alternatives considered: The RPC call model in 2.0 is, by default,
1130 much nicer - errors are logged in the background, and job/opcode
1131 execution is clearer, so we could simply not introduce this. However,
1132 having this state will make both the codepaths clearer (offline
1133 vs. temporary failure) and the operational model (it's not a node with
1134 errors, but an offline node).
1135
1136
1137 *drained* flag
1138 ++++++++++++++
1139
1140 Due to parallel execution of jobs in Ganeti 2.0, we could have the
1141 following situation:
1142
1143 - gnt-node migrate + failover is run
1144 - gnt-node evacuate is run, which schedules a long-running 6-opcode
1145   job for the node
1146 - partway through, a new job comes in that runs an iallocator script,
1147   which finds the above node as empty and a very good candidate
1148 - gnt-node evacuate has finished, but now it has to be run again, to
1149   clean the above instance(s)
1150
1151 In order to prevent this situation, and to be able to get nodes into
1152 proper offline status easily, a new *drained* flag was added to the
1153 nodes.
1154
1155 This flag (which actually means "is being, or was drained, and is
1156 expected to go offline"), will prevent allocations on the node, but
1157 otherwise all other operations (start/stop instance, query, etc.) are
1158 working without any restrictions.
1159
1160 Interaction between flags
1161 +++++++++++++++++++++++++
1162
1163 While these flags are implemented as separate flags, they are
1164 mutually-exclusive and are acting together with the master node role
1165 as a single *node status* value. In other words, a flag is only in one
1166 of these roles at a given time. The lack of any of these flags denote
1167 a regular node.
1168
1169 The current node status is visible in the ``gnt-cluster verify``
1170 output, and the individual flags can be examined via separate flags in
1171 the ``gnt-node list`` output.
1172
1173 These new flags will be exported in both the iallocator input message
1174 and via RAPI, see the respective man pages for the exact names.
1175
1176 Feature changes
1177 ---------------
1178
1179 The main feature-level changes will be:
1180
1181 - a number of disk related changes
1182 - removal of fixed two-disk, one-nic per instance limitation
1183
1184 Disk handling changes
1185 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1186
1187 The storage options available in Ganeti 1.x were introduced based on
1188 then-current software (first DRBD 0.7 then later DRBD 8) and the
1189 estimated usage patters. However, experience has later shown that some
1190 assumptions made initially are not true and that more flexibility is
1191 needed.
1192
1193 One main assumption made was that disk failures should be treated as
1194 'rare' events, and that each of them needs to be manually handled in
1195 order to ensure data safety; however, both these assumptions are false:
1196
1197 - disk failures can be a common occurrence, based on usage patterns or
1198   cluster size
1199 - our disk setup is robust enough (referring to DRBD8 + LVM) that we
1200   could automate more of the recovery
1201
1202 Note that we still don't have fully-automated disk recovery as a goal,
1203 but our goal is to reduce the manual work needed.
1204
1205 As such, we plan the following main changes:
1206
1207 - DRBD8 is much more flexible and stable than its previous version
1208   (0.7), such that removing the support for the ``remote_raid1``
1209   template and focusing only on DRBD8 is easier
1210
1211 - dynamic discovery of DRBD devices is not actually needed in a cluster
1212   that where the DRBD namespace is controlled by Ganeti; switching to a
1213   static assignment (done at either instance creation time or change
1214   secondary time) will change the disk activation time from O(n) to
1215   O(1), which on big clusters is a significant gain
1216
1217 - remove the hard dependency on LVM (currently all available storage
1218   types are ultimately backed by LVM volumes) by introducing file-based
1219   storage
1220
1221 Additionally, a number of smaller enhancements are also planned:
1222 - support variable number of disks
1223 - support read-only disks
1224
1225 Future enhancements in the 2.x series, which do not require base design
1226 changes, might include:
1227
1228 - enhancement of the LVM allocation method in order to try to keep
1229   all of an instance's virtual disks on the same physical
1230   disks
1231
1232 - add support for DRBD8 authentication at handshake time in
1233   order to ensure each device connects to the correct peer
1234
1235 - remove the restrictions on failover only to the secondary
1236   which creates very strict rules on cluster allocation
1237
1238 DRBD minor allocation
1239 +++++++++++++++++++++
1240
1241 Currently, when trying to identify or activate a new DRBD (or MD)
1242 device, the code scans all in-use devices in order to see if we find
1243 one that looks similar to our parameters and is already in the desired
1244 state or not. Since this needs external commands to be run, it is very
1245 slow when more than a few devices are already present.
1246
1247 Therefore, we will change the discovery model from dynamic to
1248 static. When a new device is logically created (added to the
1249 configuration) a free minor number is computed from the list of
1250 devices that should exist on that node and assigned to that
1251 device.
1252
1253 At device activation, if the minor is already in use, we check if
1254 it has our parameters; if not so, we just destroy the device (if
1255 possible, otherwise we abort) and start it with our own
1256 parameters.
1257
1258 This means that we in effect take ownership of the minor space for
1259 that device type; if there's a user-created DRBD minor, it will be
1260 automatically removed.
1261
1262 The change will have the effect of reducing the number of external
1263 commands run per device from a constant number times the index of the
1264 first free DRBD minor to just a constant number.
1265
1266 Removal of obsolete device types (MD, DRBD7)
1267 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
1268
1269 We need to remove these device types because of two issues. First,
1270 DRBD7 has bad failure modes in case of dual failures (both network and
1271 disk - it cannot propagate the error up the device stack and instead
1272 just panics. Second, due to the asymmetry between primary and
1273 secondary in MD+DRBD mode, we cannot do live failover (not even if we
1274 had MD+DRBD8).
1275
1276 File-based storage support
1277 ++++++++++++++++++++++++++
1278
1279 Using files instead of logical volumes for instance storage would
1280 allow us to get rid of the hard requirement for volume groups for
1281 testing clusters and it would also allow usage of SAN storage to do
1282 live failover taking advantage of this storage solution.
1283
1284 Better LVM allocation
1285 +++++++++++++++++++++
1286
1287 Currently, the LV to PV allocation mechanism is a very simple one: at
1288 each new request for a logical volume, tell LVM to allocate the volume
1289 in order based on the amount of free space. This is good for
1290 simplicity and for keeping the usage equally spread over the available
1291 physical disks, however it introduces a problem that an instance could
1292 end up with its (currently) two drives on two physical disks, or
1293 (worse) that the data and metadata for a DRBD device end up on
1294 different drives.
1295
1296 This is bad because it causes unneeded ``replace-disks`` operations in
1297 case of a physical failure.
1298
1299 The solution is to batch allocations for an instance and make the LVM
1300 handling code try to allocate as close as possible all the storage of
1301 one instance. We will still allow the logical volumes to spill over to
1302 additional disks as needed.
1303
1304 Note that this clustered allocation can only be attempted at initial
1305 instance creation, or at change secondary node time. At add disk time,
1306 or at replacing individual disks, it's not easy enough to compute the
1307 current disk map so we'll not attempt the clustering.
1308
1309 DRBD8 peer authentication at handshake
1310 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
1311
1312 DRBD8 has a new feature that allow authentication of the peer at
1313 connect time. We can use this to prevent connecting to the wrong peer
1314 more that securing the connection. Even though we never had issues
1315 with wrong connections, it would be good to implement this.
1316
1317
1318 LVM self-repair (optional)
1319 ++++++++++++++++++++++++++
1320
1321 The complete failure of a physical disk is very tedious to
1322 troubleshoot, mainly because of the many failure modes and the many
1323 steps needed. We can safely automate some of the steps, more
1324 specifically the ``vgreduce --removemissing`` using the following
1325 method:
1326
1327 #. check if all nodes have consistent volume groups
1328 #. if yes, and previous status was yes, do nothing
1329 #. if yes, and previous status was no, save status and restart
1330 #. if no, and previous status was no, do nothing
1331 #. if no, and previous status was yes:
1332     #. if more than one node is inconsistent, do nothing
1333     #. if only one node is inconsistent:
1334         #. run ``vgreduce --removemissing``
1335         #. log this occurrence in the Ganeti log in a form that
1336            can be used for monitoring
1337         #. [FUTURE] run ``replace-disks`` for all
1338            instances affected
1339
1340 Failover to any node
1341 ++++++++++++++++++++
1342
1343 With a modified disk activation sequence, we can implement the
1344 *failover to any* functionality, removing many of the layout
1345 restrictions of a cluster:
1346
1347 - the need to reserve memory on the current secondary: this gets reduced
1348   to a must to reserve memory anywhere on the cluster
1349
1350 - the need to first failover and then replace secondary for an
1351   instance: with failover-to-any, we can directly failover to
1352   another node, which also does the replace disks at the same
1353   step
1354
1355 In the following, we denote the current primary by P1, the current
1356 secondary by S1, and the new primary and secondaries by P2 and S2. P2
1357 is fixed to the node the user chooses, but the choice of S2 can be
1358 made between P1 and S1. This choice can be constrained, depending on
1359 which of P1 and S1 has failed.
1360
1361 - if P1 has failed, then S1 must become S2, and live migration is not
1362   possible
1363 - if S1 has failed, then P1 must become S2, and live migration could be
1364   possible (in theory, but this is not a design goal for 2.0)
1365
1366 The algorithm for performing the failover is straightforward:
1367
1368 - verify that S2 (the node the user has chosen to keep as secondary) has
1369   valid data (is consistent)
1370
1371 - tear down the current DRBD association and setup a DRBD pairing
1372   between P2 (P2 is indicated by the user) and S2; since P2 has no data,
1373   it will start re-syncing from S2
1374
1375 - as soon as P2 is in state SyncTarget (i.e. after the resync has
1376   started but before it has finished), we can promote it to primary role
1377   (r/w) and start the instance on P2
1378
1379 - as soon as the P2?S2 sync has finished, we can remove
1380   the old data on the old node that has not been chosen for
1381   S2
1382
1383 Caveats: during the P2?S2 sync, a (non-transient) network error
1384 will cause I/O errors on the instance, so (if a longer instance
1385 downtime is acceptable) we can postpone the restart of the instance
1386 until the resync is done. However, disk I/O errors on S2 will cause
1387 data loss, since we don't have a good copy of the data anymore, so in
1388 this case waiting for the sync to complete is not an option. As such,
1389 it is recommended that this feature is used only in conjunction with
1390 proper disk monitoring.
1391
1392
1393 Live migration note: While failover-to-any is possible for all choices
1394 of S2, migration-to-any is possible only if we keep P1 as S2.
1395
1396 Caveats
1397 +++++++
1398
1399 The dynamic device model, while more complex, has an advantage: it
1400 will not reuse by mistake the DRBD device of another instance, since
1401 it always looks for either our own or a free one.
1402
1403 The static one, in contrast, will assume that given a minor number N,
1404 it's ours and we can take over. This needs careful implementation such
1405 that if the minor is in use, either we are able to cleanly shut it
1406 down, or we abort the startup. Otherwise, it could be that we start
1407 syncing between two instance's disks, causing data loss.
1408
1409
1410 Variable number of disk/NICs per instance
1411 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1412
1413 Variable number of disks
1414 ++++++++++++++++++++++++
1415
1416 In order to support high-security scenarios (for example read-only sda
1417 and read-write sdb), we need to make a fully flexibly disk
1418 definition. This has less impact that it might look at first sight:
1419 only the instance creation has hard coded number of disks, not the disk
1420 handling code. The block device handling and most of the instance
1421 handling code is already working with "the instance's disks" as
1422 opposed to "the two disks of the instance", but some pieces are not
1423 (e.g. import/export) and the code needs a review to ensure safety.
1424
1425 The objective is to be able to specify the number of disks at
1426 instance creation, and to be able to toggle from read-only to
1427 read-write a disk afterward.
1428
1429 Variable number of NICs
1430 +++++++++++++++++++++++
1431
1432 Similar to the disk change, we need to allow multiple network
1433 interfaces per instance. This will affect the internal code (some
1434 function will have to stop assuming that ``instance.nics`` is a list
1435 of length one), the OS API which currently can export/import only one
1436 instance, and the command line interface.
1437
1438 Interface changes
1439 -----------------
1440
1441 There are two areas of interface changes: API-level changes (the OS
1442 interface and the RAPI interface) and the command line interface
1443 changes.
1444
1445 OS interface
1446 ~~~~~~~~~~~~
1447
1448 The current Ganeti OS interface, version 5, is tailored for Ganeti 1.2.
1449 The interface is composed by a series of scripts which get called with
1450 certain parameters to perform OS-dependent operations on the cluster.
1451 The current scripts are:
1452
1453 create
1454   called when a new instance is added to the cluster
1455 export
1456   called to export an instance disk to a stream
1457 import
1458   called to import from a stream to a new instance
1459 rename
1460   called to perform the os-specific operations necessary for renaming an
1461   instance
1462
1463 Currently these scripts suffer from the limitations of Ganeti 1.2: for
1464 example they accept exactly one block and one swap devices to operate
1465 on, rather than any amount of generic block devices, they blindly assume
1466 that an instance will have just one network interface to operate, they
1467 can not be configured to optimise the instance for a particular
1468 hypervisor.
1469
1470 Since in Ganeti 2.0 we want to support multiple hypervisors, and a
1471 non-fixed number of network and disks the OS interface need to change to
1472 transmit the appropriate amount of information about an instance to its
1473 managing operating system, when operating on it. Moreover since some old
1474 assumptions usually used in OS scripts are no longer valid we need to
1475 re-establish a common knowledge on what can be assumed and what cannot
1476 be regarding Ganeti environment.
1477
1478
1479 When designing the new OS API our priorities are:
1480 - ease of use
1481 - future extensibility
1482 - ease of porting from the old API
1483 - modularity
1484
1485 As such we want to limit the number of scripts that must be written to
1486 support an OS, and make it easy to share code between them by uniforming
1487 their input.  We also will leave the current script structure unchanged,
1488 as far as we can, and make a few of the scripts (import, export and
1489 rename) optional. Most information will be passed to the script through
1490 environment variables, for ease of access and at the same time ease of
1491 using only the information a script needs.
1492
1493
1494 The Scripts
1495 +++++++++++
1496
1497 As in Ganeti 1.2, every OS which wants to be installed in Ganeti needs
1498 to support the following functionality, through scripts:
1499
1500 create:
1501   used to create a new instance running that OS. This script should
1502   prepare the block devices, and install them so that the new OS can
1503   boot under the specified hypervisor.
1504 export (optional):
1505   used to export an installed instance using the given OS to a format
1506   which can be used to import it back into a new instance.
1507 import (optional):
1508   used to import an exported instance into a new one. This script is
1509   similar to create, but the new instance should have the content of the
1510   export, rather than contain a pristine installation.
1511 rename (optional):
1512   used to perform the internal OS-specific operations needed to rename
1513   an instance.
1514
1515 If any optional script is not implemented Ganeti will refuse to perform
1516 the given operation on instances using the non-implementing OS. Of
1517 course the create script is mandatory, and it doesn't make sense to
1518 support the either the export or the import operation but not both.
1519
1520 Incompatibilities with 1.2
1521 __________________________
1522
1523 We expect the following incompatibilities between the OS scripts for 1.2
1524 and the ones for 2.0:
1525
1526 - Input parameters: in 1.2 those were passed on the command line, in 2.0
1527   we'll use environment variables, as there will be a lot more
1528   information and not all OSes may care about all of it.
1529 - Number of calls: export scripts will be called once for each device
1530   the instance has, and import scripts once for every exported disk.
1531   Imported instances will be forced to have a number of disks greater or
1532   equal to the one of the export.
1533 - Some scripts are not compulsory: if such a script is missing the
1534   relevant operations will be forbidden for instances of that OS. This
1535   makes it easier to distinguish between unsupported operations and
1536   no-op ones (if any).
1537
1538
1539 Input
1540 _____
1541
1542 Rather than using command line flags, as they do now, scripts will
1543 accept inputs from environment variables. We expect the following input
1544 values:
1545
1546 OS_API_VERSION
1547   The version of the OS API that the following parameters comply with;
1548   this is used so that in the future we could have OSes supporting
1549   multiple versions and thus Ganeti send the proper version in this
1550   parameter
1551 INSTANCE_NAME
1552   Name of the instance acted on
1553 HYPERVISOR
1554   The hypervisor the instance should run on (e.g. 'xen-pvm', 'xen-hvm',
1555   'kvm')
1556 DISK_COUNT
1557   The number of disks this instance will have
1558 NIC_COUNT
1559   The number of NICs this instance will have
1560 DISK_<N>_PATH
1561   Path to the Nth disk.
1562 DISK_<N>_ACCESS
1563   W if read/write, R if read only. OS scripts are not supposed to touch
1564   read-only disks, but will be passed them to know.
1565 DISK_<N>_FRONTEND_TYPE
1566   Type of the disk as seen by the instance. Can be 'scsi', 'ide',
1567   'virtio'
1568 DISK_<N>_BACKEND_TYPE
1569   Type of the disk as seen from the node. Can be 'block', 'file:loop' or
1570   'file:blktap'
1571 NIC_<N>_MAC
1572   Mac address for the Nth network interface
1573 NIC_<N>_IP
1574   Ip address for the Nth network interface, if available
1575 NIC_<N>_BRIDGE
1576   Node bridge the Nth network interface will be connected to
1577 NIC_<N>_FRONTEND_TYPE
1578   Type of the Nth NIC as seen by the instance. For example 'virtio',
1579   'rtl8139', etc.
1580 DEBUG_LEVEL
1581   Whether more out should be produced, for debugging purposes. Currently
1582   the only valid values are 0 and 1.
1583
1584 These are only the basic variables we are thinking of now, but more
1585 may come during the implementation and they will be documented in the
1586 :manpage:`ganeti-os-api` man page. All these variables will be
1587 available to all scripts.
1588
1589 Some scripts will need a few more information to work. These will have
1590 per-script variables, such as for example:
1591
1592 OLD_INSTANCE_NAME
1593   rename: the name the instance should be renamed from.
1594 EXPORT_DEVICE
1595   export: device to be exported, a snapshot of the actual device. The
1596   data must be exported to stdout.
1597 EXPORT_INDEX
1598   export: sequential number of the instance device targeted.
1599 IMPORT_DEVICE
1600   import: device to send the data to, part of the new instance. The data
1601   must be imported from stdin.
1602 IMPORT_INDEX
1603   import: sequential number of the instance device targeted.
1604
1605 (Rationale for INSTANCE_NAME as an environment variable: the instance
1606 name is always needed and we could pass it on the command line. On the
1607 other hand, though, this would force scripts to both access the
1608 environment and parse the command line, so we'll move it for
1609 uniformity.)
1610
1611
1612 Output/Behaviour
1613 ________________
1614
1615 As discussed scripts should only send user-targeted information to
1616 stderr. The create and import scripts are supposed to format/initialise
1617 the given block devices and install the correct instance data. The
1618 export script is supposed to export instance data to stdout in a format
1619 understandable by the the import script. The data will be compressed by
1620 Ganeti, so no compression should be done. The rename script should only
1621 modify the instance's knowledge of what its name is.
1622
1623 Other declarative style features
1624 ++++++++++++++++++++++++++++++++
1625
1626 Similar to Ganeti 1.2, OS specifications will need to provide a
1627 'ganeti_api_version' containing list of numbers matching the
1628 version(s) of the API they implement. Ganeti itself will always be
1629 compatible with one version of the API and may maintain backwards
1630 compatibility if it's feasible to do so. The numbers are one-per-line,
1631 so an OS supporting both version 5 and version 20 will have a file
1632 containing two lines. This is different from Ganeti 1.2, which only
1633 supported one version number.
1634
1635 In addition to that an OS will be able to declare that it does support
1636 only a subset of the Ganeti hypervisors, by declaring them in the
1637 'hypervisors' file.
1638
1639
1640 Caveats/Notes
1641 +++++++++++++
1642
1643 We might want to have a "default" import/export behaviour that just
1644 dumps all disks and restores them. This can save work as most systems
1645 will just do this, while allowing flexibility for different systems.
1646
1647 Environment variables are limited in size, but we expect that there will
1648 be enough space to store the information we need. If we discover that
1649 this is not the case we may want to go to a more complex API such as
1650 storing those information on the filesystem and providing the OS script
1651 with the path to a file where they are encoded in some format.
1652
1653
1654
1655 Remote API changes
1656 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1657
1658 The first Ganeti remote API (RAPI) was designed and deployed with the
1659 Ganeti 1.2.5 release.  That version provide read-only access to the
1660 cluster state. Fully functional read-write API demands significant
1661 internal changes which will be implemented in version 2.0.
1662
1663 We decided to go with implementing the Ganeti RAPI in a RESTful way,
1664 which is aligned with key features we looking. It is simple,
1665 stateless, scalable and extensible paradigm of API implementation. As
1666 transport it uses HTTP over SSL, and we are implementing it with JSON
1667 encoding, but in a way it possible to extend and provide any other
1668 one.
1669
1670 Design
1671 ++++++
1672
1673 The Ganeti RAPI is implemented as independent daemon, running on the
1674 same node with the same permission level as Ganeti master
1675 daemon. Communication is done through the LUXI library to the master
1676 daemon. In order to keep communication asynchronous RAPI processes two
1677 types of client requests:
1678
1679 - queries: server is able to answer immediately
1680 - job submission: some time is required for a useful response
1681
1682 In the query case requested data send back to client in the HTTP
1683 response body. Typical examples of queries would be: list of nodes,
1684 instances, cluster info, etc.
1685
1686 In the case of job submission, the client receive a job ID, the
1687 identifier which allows to query the job progress in the job queue
1688 (see `Job Queue`_).
1689
1690 Internally, each exported object has an version identifier, which is
1691 used as a state identifier in the HTTP header E-Tag field for
1692 requests/responses to avoid race conditions.
1693
1694
1695 Resource representation
1696 +++++++++++++++++++++++
1697
1698 The key difference of using REST instead of others API is that REST
1699 requires separation of services via resources with unique URIs. Each
1700 of them should have limited amount of state and support standard HTTP
1701 methods: GET, POST, DELETE, PUT.
1702
1703 For example in Ganeti's case we can have a set of URI:
1704
1705  - ``/{clustername}/instances``
1706  - ``/{clustername}/instances/{instancename}``
1707  - ``/{clustername}/instances/{instancename}/tag``
1708  - ``/{clustername}/tag``
1709
1710 A GET request to ``/{clustername}/instances`` will return the list of
1711 instances, a POST to ``/{clustername}/instances`` should create a new
1712 instance, a DELETE ``/{clustername}/instances/{instancename}`` should
1713 delete the instance, a GET ``/{clustername}/tag`` should return get
1714 cluster tags.
1715
1716 Each resource URI will have a version prefix. The resource IDs are to
1717 be determined.
1718
1719 Internal encoding might be JSON, XML, or any other. The JSON encoding
1720 fits nicely in Ganeti RAPI needs. The client can request a specific
1721 representation via the Accept field in the HTTP header.
1722
1723 REST uses HTTP as its transport and application protocol for resource
1724 access. The set of possible responses is a subset of standard HTTP
1725 responses.
1726
1727 The statelessness model provides additional reliability and
1728 transparency to operations (e.g. only one request needs to be analyzed
1729 to understand the in-progress operation, not a sequence of multiple
1730 requests/responses).
1731
1732
1733 Security
1734 ++++++++
1735
1736 With the write functionality security becomes a much bigger an issue.
1737 The Ganeti RAPI uses basic HTTP authentication on top of an
1738 SSL-secured connection to grant access to an exported resource. The
1739 password is stored locally in an Apache-style ``.htpasswd`` file. Only
1740 one level of privileges is supported.
1741
1742 Caveats
1743 +++++++
1744
1745 The model detailed above for job submission requires the client to
1746 poll periodically for updates to the job; an alternative would be to
1747 allow the client to request a callback, or a 'wait for updates' call.
1748
1749 The callback model was not considered due to the following two issues:
1750
1751 - callbacks would require a new model of allowed callback URLs,
1752   together with a method of managing these
1753 - callbacks only work when the client and the master are in the same
1754   security domain, and they fail in the other cases (e.g. when there is
1755   a firewall between the client and the RAPI daemon that only allows
1756   client-to-RAPI calls, which is usual in DMZ cases)
1757
1758 The 'wait for updates' method is not suited to the HTTP protocol,
1759 where requests are supposed to be short-lived.
1760
1761 Command line changes
1762 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1763
1764 Ganeti 2.0 introduces several new features as well as new ways to
1765 handle instance resources like disks or network interfaces. This
1766 requires some noticeable changes in the way command line arguments are
1767 handled.
1768
1769 - extend and modify command line syntax to support new features
1770 - ensure consistent patterns in command line arguments to reduce
1771   cognitive load
1772
1773 The design changes that require these changes are, in no particular
1774 order:
1775
1776 - flexible instance disk handling: support a variable number of disks
1777   with varying properties per instance,
1778 - flexible instance network interface handling: support a variable
1779   number of network interfaces with varying properties per instance
1780 - multiple hypervisors: multiple hypervisors can be active on the same
1781   cluster, each supporting different parameters,
1782 - support for device type CDROM (via ISO image)
1783
1784 As such, there are several areas of Ganeti where the command line
1785 arguments will change:
1786
1787 - Cluster configuration
1788
1789   - cluster initialization
1790   - cluster default configuration
1791
1792 - Instance configuration
1793
1794   - handling of network cards for instances,
1795   - handling of disks for instances,
1796   - handling of CDROM devices and
1797   - handling of hypervisor specific options.
1798
1799 There are several areas of Ganeti where the command line arguments
1800 will change:
1801
1802 - Cluster configuration
1803
1804   - cluster initialization
1805   - cluster default configuration
1806
1807 - Instance configuration
1808
1809   - handling of network cards for instances,
1810   - handling of disks for instances,
1811   - handling of CDROM devices and
1812   - handling of hypervisor specific options.
1813
1814 Notes about device removal/addition
1815 +++++++++++++++++++++++++++++++++++
1816
1817 To avoid problems with device location changes (e.g. second network
1818 interface of the instance becoming the first or third and the like)
1819 the list of network/disk devices is treated as a stack, i.e. devices
1820 can only be added/removed at the end of the list of devices of each
1821 class (disk or network) for each instance.
1822
1823 gnt-instance commands
1824 +++++++++++++++++++++
1825
1826 The commands for gnt-instance will be modified and extended to allow
1827 for the new functionality:
1828
1829 - the add command will be extended to support the new device and
1830   hypervisor options,
1831 - the modify command continues to handle all modifications to
1832   instances, but will be extended with new arguments for handling
1833   devices.
1834
1835 Network Device Options
1836 ++++++++++++++++++++++
1837
1838 The generic format of the network device option is:
1839
1840   --net $DEVNUM[:$OPTION=$VALUE][,$OPTION=VALUE]
1841
1842 :$DEVNUM: device number, unsigned integer, starting at 0,
1843 :$OPTION: device option, string,
1844 :$VALUE: device option value, string.
1845
1846 Currently, the following device options will be defined (open to
1847 further changes):
1848
1849 :mac: MAC address of the network interface, accepts either a valid
1850   MAC address or the string 'auto'. If 'auto' is specified, a new MAC
1851   address will be generated randomly. If the mac device option is not
1852   specified, the default value 'auto' is assumed.
1853 :bridge: network bridge the network interface is connected
1854   to. Accepts either a valid bridge name (the specified bridge must
1855   exist on the node(s)) as string or the string 'auto'. If 'auto' is
1856   specified, the default brigde is used. If the bridge option is not
1857   specified, the default value 'auto' is assumed.
1858
1859 Disk Device Options
1860 +++++++++++++++++++
1861
1862 The generic format of the disk device option is:
1863
1864   --disk $DEVNUM[:$OPTION=$VALUE][,$OPTION=VALUE]
1865
1866 :$DEVNUM: device number, unsigned integer, starting at 0,
1867 :$OPTION: device option, string,
1868 :$VALUE: device option value, string.
1869
1870 Currently, the following device options will be defined (open to
1871 further changes):
1872
1873 :size: size of the disk device, either a positive number, specifying
1874   the disk size in mebibytes, or a number followed by a magnitude suffix
1875   (M for mebibytes, G for gibibytes). Also accepts the string 'auto' in
1876   which case the default disk size will be used. If the size option is
1877   not specified, 'auto' is assumed. This option is not valid for all
1878   disk layout types.
1879 :access: access mode of the disk device, a single letter, valid values
1880   are:
1881
1882   - *w*: read/write access to the disk device or
1883   - *r*: read-only access to the disk device.
1884
1885   If the access mode is not specified, the default mode of read/write
1886   access will be configured.
1887 :path: path to the image file for the disk device, string. No default
1888   exists. This option is not valid for all disk layout types.
1889
1890 Adding devices
1891 ++++++++++++++
1892
1893 To add devices to an already existing instance, use the device type
1894 specific option to gnt-instance modify. Currently, there are two
1895 device type specific options supported:
1896
1897 :--net: for network interface cards
1898 :--disk: for disk devices
1899
1900 The syntax to the device specific options is similar to the generic
1901 device options, but instead of specifying a device number like for
1902 gnt-instance add, you specify the magic string add. The new device
1903 will always be appended at the end of the list of devices of this type
1904 for the specified instance, e.g. if the instance has disk devices 0,1
1905 and 2, the newly added disk device will be disk device 3.
1906
1907 Example: gnt-instance modify --net add:mac=auto test-instance
1908
1909 Removing devices
1910 ++++++++++++++++
1911
1912 Removing devices from and instance is done via gnt-instance
1913 modify. The same device specific options as for adding instances are
1914 used. Instead of a device number and further device options, only the
1915 magic string remove is specified. It will always remove the last
1916 device in the list of devices of this type for the instance specified,
1917 e.g. if the instance has disk devices 0, 1, 2 and 3, the disk device
1918 number 3 will be removed.
1919
1920 Example: gnt-instance modify --net remove test-instance
1921
1922 Modifying devices
1923 +++++++++++++++++
1924
1925 Modifying devices is also done with device type specific options to
1926 the gnt-instance modify command. There are currently two device type
1927 options supported:
1928
1929 :--net: for network interface cards
1930 :--disk: for disk devices
1931
1932 The syntax to the device specific options is similar to the generic
1933 device options. The device number you specify identifies the device to
1934 be modified.
1935
1936 Example::
1937
1938   gnt-instance modify --disk 2:access=r
1939
1940 Hypervisor Options
1941 ++++++++++++++++++
1942
1943 Ganeti 2.0 will support more than one hypervisor. Different
1944 hypervisors have various options that only apply to a specific
1945 hypervisor. Those hypervisor specific options are treated specially
1946 via the ``--hypervisor`` option. The generic syntax of the hypervisor
1947 option is as follows::
1948
1949   --hypervisor $HYPERVISOR:$OPTION=$VALUE[,$OPTION=$VALUE]
1950
1951 :$HYPERVISOR: symbolic name of the hypervisor to use, string,
1952   has to match the supported hypervisors. Example: xen-pvm
1953
1954 :$OPTION: hypervisor option name, string
1955 :$VALUE: hypervisor option value, string
1956
1957 The hypervisor option for an instance can be set on instance creation
1958 time via the ``gnt-instance add`` command. If the hypervisor for an
1959 instance is not specified upon instance creation, the default
1960 hypervisor will be used.
1961
1962 Modifying hypervisor parameters
1963 +++++++++++++++++++++++++++++++
1964
1965 The hypervisor parameters of an existing instance can be modified
1966 using ``--hypervisor`` option of the ``gnt-instance modify``
1967 command. However, the hypervisor type of an existing instance can not
1968 be changed, only the particular hypervisor specific option can be
1969 changed. Therefore, the format of the option parameters has been
1970 simplified to omit the hypervisor name and only contain the comma
1971 separated list of option-value pairs.
1972
1973 Example::
1974
1975   gnt-instance modify --hypervisor cdrom=/srv/boot.iso,boot_order=cdrom:network test-instance
1976
1977 gnt-cluster commands
1978 ++++++++++++++++++++
1979
1980 The command for gnt-cluster will be extended to allow setting and
1981 changing the default parameters of the cluster:
1982
1983 - The init command will be extend to support the defaults option to
1984   set the cluster defaults upon cluster initialization.
1985 - The modify command will be added to modify the cluster
1986   parameters. It will support the --defaults option to change the
1987   cluster defaults.
1988
1989 Cluster defaults
1990
1991 The generic format of the cluster default setting option is:
1992
1993   --defaults $OPTION=$VALUE[,$OPTION=$VALUE]
1994
1995 :$OPTION: cluster default option, string,
1996 :$VALUE: cluster default option value, string.
1997
1998 Currently, the following cluster default options are defined (open to
1999 further changes):
2000
2001 :hypervisor: the default hypervisor to use for new instances,
2002   string. Must be a valid hypervisor known to and supported by the
2003   cluster.
2004 :disksize: the disksize for newly created instance disks, where
2005   applicable. Must be either a positive number, in which case the unit
2006   of megabyte is assumed, or a positive number followed by a supported
2007   magnitude symbol (M for megabyte or G for gigabyte).
2008 :bridge: the default network bridge to use for newly created instance
2009   network interfaces, string. Must be a valid bridge name of a bridge
2010   existing on the node(s).
2011
2012 Hypervisor cluster defaults
2013 +++++++++++++++++++++++++++
2014
2015 The generic format of the hypervisor cluster wide default setting
2016 option is::
2017
2018   --hypervisor-defaults $HYPERVISOR:$OPTION=$VALUE[,$OPTION=$VALUE]
2019
2020 :$HYPERVISOR: symbolic name of the hypervisor whose defaults you want
2021   to set, string
2022 :$OPTION: cluster default option, string,
2023 :$VALUE: cluster default option value, string.
2024
2025 .. vim: set textwidth=72 :