Openstack Restful API 开发框架 Paste + PasteDeploy + Routes + WebOb

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• Paste PasteDeploy Routes WebOb 简介
• WSGI入口
• Paste和PasteDeploy
  • 配置文件 pasteini
• 中间件的实现
• Routes
• WebOb
• 参考资料

Paste + PasteDeploy + Routes + WebOb 简介

Paste + PasteDeploy + Routes + WebOb 这几个模块组合构成了 Openstack Restful API 的开发框架。

• 由 Paste + PasteDeploy 完成 Application 的 WSGI 化，其中 PasteDeploy 完成 WSGI Server 和 Application 的构建；
• Routes 负责 URL 路由转发；
• WebOb 完成了 WSGI 请求和响应的封装 。

使用该框架开发出来的 Restful API 能够满足 WSGI 规范的要求，但是弊端在于该框架比较复杂，代码量大。只有最初的几个 Openstack 核心项目在使用，后来的新生项目使用了一个相对而言更加简单便捷的 Pecan 框架。

RESTful API 程序的主要特点就是 URL_Path 会和功能对应起来。比如用户管理的功能一般都放在 http://hostname:post/version/<project_id>/user 这个路径下。因此，看一个 RESTful API 程序，一般都是看它实现了哪些 UR_Path，以及每个 URL_Path 对应了什么功能，这个一般都是由 Routes 的 URL 路由功能负责的。所以，熟悉一个RESTful API程序的重点在于确定URL路由。

WSGI入口

WSGI 可以使用 Apache 充当 Web Server，也可以使用 eventlet 进行部署，Keystone Project 都提供了这两种方案的代码实现(也就是 WSGI 的入口)。Keystone Project 在 keystone/httpd/ 目录下，存放了 Apache Web Server 用于部署 WSGI 的相关文件：

• wsgi-keystone.conf 是 mod_wsgi 功能模块的示例配置文件，其中定义了 Post :5000 和 Post :35357 两个虚拟主机，可以通过 Request URL_Path 中 Post 的不同来指定使用哪一个虚拟主机的 WSGI Application 来处理这一个请求。

• keystone.py 则是 WSGI Application 的入口文件，Web Server 会根据配置路径来加载这个入口文件，在该文件中包含了由 wsgi Module(wsgi.py) 提供的 application 可调用对象，该对象就是 WSGI Application 真正的入口。

Apache 部署方式的 WSGI 入口 ：

#keystone/httpd/keystone.py

import os

from keystone.server import wsgi as wsgi_server

name = os.path.basename(__file__)

# NOTE(ldbragst): 'application' is required in this context by WSGI spec.
# Web Server 只能通过 application 可调用对象来与 Application 进行交互
application = wsgi_server.initialize_application(name)

keystone/httpd/keystone.py 调用了 keystone/keystone/server/wsgi.py 模块中的 initialize_application(name) 函数来载入 WSGI Application，这里主要用到了 Paste + PasteDeploy 库。

#keystone/keystone/server/wsgi.py

def initialize_application(name):

    def loadapp():
        return keystone_service.loadapp(
            'config:%s' % config.find_paste_config(), name)
        #keystone_service.loadapp() 函数内部调用了 paste.deploy.loadapp() 函数来加载 WSGI Application，至于如何加载则由 Paste 的配置文件 keystone-paste.ini 来决定，这个文件也是看懂整个程序的关键。
        #config.find_paste_config() 用来查找并加载需要用到的 Paste 配置文件，这个文件在源码中的路径是 keystone/etc/keystone-paste.ini 文件。

             _unused, application = common.setup_backends(
                 startup_application_fn=loadapp)

             ...
             return application     #返回一个可调用的 application 对象

name很关键
name = os.path.basename(__file__) 这个变量从 keystone/httpd/keystone.py 文件传递到 initialize_application() 函数，再被传递到 keystone_service.loadapp() 函数，最终被传递到 paste.deploy.loadapp() 函数。name 是用来确定Application 入口的，表示了配置文件 paste.ini 中一个 composite Section 的名字，指定这个 Section 作为处理 HTTP Request 的第一站。在 Keystone 的 paste.ini 中，请求必须先由 [composite:main] 或者 [composite:admin] 处理，所以在 keystone 项目中，name 的值必须是 main 或者 admin 。

上面提到的 keystone/httpd/keystone.py 文件中，name 等于文件名的 basename，所以实际部署中，必须把 keystone.py 重命名为 main.py 或者 admin.py ，这样os.path.basename(__file__)的值才能为 main 或 admin 。

eventlet 部署方式的入口：
keystone-all 指令则是采用 eventlet 来进行部署时，可以从 setup.cfg 文件中确定 keystone-all 指令的入口。

#keystone/setup.cfg

[entry_points]
console_scripts
    keystone-all = keystone.cmd.all:main  #表示 keystone-all 的入口是 all.py 文件中的 main() 函数
    keystone-manage = keystone.cmd.manage:main

main() 函数的内容：

#keystone/keystone/cmd/all.py

def main():
    eventlet_server.run(possible_topdir)
    #main() 函数的主要作用就是运行 eventlet_server ，配置文件从 possible_topdir 中给出。

Paste和PasteDeploy

配置文件 paste.ini

使用Paste和PasteDeploy模块来实现 WSGI Services 时，都需要加载一个 paste.ini 文件。这个文件也是 Paste 模块的精髓，那么这个文件如何阅读呢 ？

paste.ini 文件的格式类似于INI格式，每个 Section 的格式均为 [type:name]。
这里重要的是理解几种不同 type 的 Section 的作用：

• composite : 这种 Section 用于将 HTTP URL Request 分发到指定的 Application 。
  Keystone 的 paste.ini 文件中有两个 composite 的 Section：

#keystone/etc/keystone-paste.ini

[composite:main]
use = egg:Paste#urlmap
/v2.0 = public_api
/v3 = api_v3
/ = public_version_api

[composite:admin]
use = egg:Paste#urlmap
/v2.0 = admin_api
/v3 = api_v3
/ = admin_version_api

#use 是一个关键字，指定处理请求的代码，表明了具体处理请求的分发方式。
#egg:Paste#urlmap 表示使用 Paste 包中的 urlmap 模块来分发请求。
#/v2.0 /v3 / ， 是 urlmap 进行分发时，需要使用到的参数。

注意：在 virtualenv 环境下，是到文件 /lib/python2.7/site-packages/Paste-2.0.2.dist-info/metadata.json 下去寻找 urlmap 关键字所对应的函数，而非 egg-info :

{
    ...
    "extensions": {
        ...
        "python.exports": {
            "paste.composite_factory": {
                "cascade": "paste.cascade:make_cascade",
                "urlmap": "paste.urlmap:urlmap_factory"  
            },
    ...
}
# 在这个 JSON 文件中，你可以找到 urlmap 关键字对应的 paste.urlmap:urlmap_factory 函数(也就是 paste/urlmap.py 文件中的urlmap_factory()函数)。
# composite 中其他的关键字(/v2.0、 /v3、 /)则是 urlmap_factory() 函数的参数，用于表示不同的URL_Path前缀。
# urlmap_factory() 函数会返回一个 WSGI Application， 其功能是根据不同的 URL_Path 前缀，把请求路由给不同的 Application 。

注意：在不同的版本中可能会有不同的 composite section 实现，EXAMPLE-M版：

[composite:rootapp]
paste.composite_factory = glance.api:root_app_factory
/: apiversions
/v1: apiv1app
/v2: apiv2app
/v3: apiv3app

以[composite:main]为例，看看其他关键字的作用：

[composite:main]
use = egg:Paste#urlmap
/v2.0 = public_api       # /v2.0　开头的请求会路由给 public_api 处理
/v3 = api_v3             # /v3　开头的请求会路由给 api_v3 处理
/ = public_version_api   # / 开头的请求会路由给 public_version_api 处理
# public_api/api_v3/public_version_api 这些路由的对象就是 paste.ini 中的其他 Secion Name，而且Section Type 必须是 app 或者 pipeline。

• pipeline : 用来把一系列的 filter 过滤器和 app 串起来。
  它只有一个关键字就是 pipeline。EXAMPLE:

[pipeline:public_api]
pipeline = sizelimit url_normalize request_id build_auth_context token_auth admin_token_auth json_body ec2_extension user_crud_extension public_service

我们以api_v3这个pipeline为例：

[pipeline:api_v3]
# The last item in this pipeline must be service_v3 or an equivalent
# application. It cannot be a filter.
pipeline = sizelimit url_normalize request_id build_auth_context token_auth admin_token_auth json_body ec2_extension_v3 s3_extension simple_cert_extension revoke_extension federation_extension oauth1_extension endpoint_filter_extension service_v3

# pipeline 关键字指定了很多个名字，这些名字也是 paste.ini 文件中其他的 section Name。 
# HTTP Request 从 Sectin composite 被转发到 Section pipeline 之后，该请求会从第一个的 section 开始处理，一直向后传递知道结束。
# pipeline 指定的 section 有如下要求：
#   1. 最后一个名字对应的 section 一定要是一个 app 类型的 Section。
#   2. 非最后一个名字对应的 section 一定要是一个 filter 类型的 Section。

• filter: 实现一个过滤器中间件。
  filter(以WSGI中间件的方式实现)是用来过滤请求和响应的，应该不同的中间件的过滤，该请求就具有了不同的功能。EXAMPLE:

[filter:sizelimit]
paste.filter_factory = oslo_middleware.sizelimit:RequestBodySizeLimiter.factory   
#paste.filter_factory 表示调用哪个函数来获得这个 filter 中间件。
#这个是 [pipeline:api_v3] 这个 Section 指定的第一个 filter ，作用是限制请求的大小。

• app: 一个 app 就是一个实现主要功能的具体的 WSGI Application 。

[app:service_v3] #是 [pipeline:api_v3] 这个 pipeline Section 的最后一个元素，必须是一个 app Type。
paste.app_factory = keystone.service:v3_app_factory  

#keystone.service:v3_app_factory 表示获取哪一个 Application
#paste.app_factory 表示调用哪个函数来获得 Application 

paste.ini 配置文件中这一大堆配置的作用就是把我们用 Python 写的 WSGI Application 和 Middleware 串起来，规定好 HTTP Request 处理的路径。当 Paste + PasteDeploy 模块提供的 WSGI Server(Web Server) 接受到 URL_Path 形式的 HTTP Request 时，这些 Request 首先会被 Paste 按照配置文件 paste.ini 进行处理，处理的过程为：composite(将Request转发到pipeline或app) ==> pipeline(包含了filter和app) ==> filter(调用Middleware对Request进行过滤) ==> app(具体的Application来实现Request的操作) 。这个过程就是将 Application 和 Middleware 串起来的过程 。

举个例子：
一般情况下，如果希望从 Keystone service 获取一个 token 时，会使到 http://hostname:35357/v3/auth/tokens 这个 API。
我们根据 Keystone 的 paste.ini 配置文件来说明这个 API 是如何被处理的：

• Step1. （hostname:35357）： 这一部分是由 Apache Web Server 来获取并处理的。然后，请求会被 Web Server 转到 WSGI Application 的入口，也就是 keystone/httpd/keystone.py 中的 application 对象取处理。

• Step2. （/v3/auth/tokens）: application 对象根据 paste.ini 中的配置来对剩下的（/v3/auth/tokens）部分进行处理。首先请求的 Post=35357 决定了会经过 [composite:admin] section 。（一般是admin监听35357端口，main监听5000端口，也会受到 name 变量的影响）

• Step3. （/v3）: 决定将请求路由到哪一个 pipeline secion，[composite:admin] 发现请求的 URL_Path 是 /v3 开头的，于是就把请求转发给[pipeline:api_v3]处理，转发之前，会把 /v3 这个部分去掉。
• Step4. （/auth/tokens） : [pipeline:api_v3]收到请求，URL_Path是 （/auth/tokens），然后开始调用各个 filter(中间件) 来处理请求。最后会把请求交给[app:service_v3]进行处理。
• Step5. （/auth/tokens）: [app:service_v3] 收到请求，URL_Path是 (/auth/tokens)，最后交由的 WSGI Application 去处理。

到此为止，paste.ini 中的配置的所有工作都已经做完了。下面请求就要转移到最终的 Application 内部去处理了。

注意：那么通过 paste.ini 处理过后，剩下的一部分URL_Path（/auth/tokens）的路由还没确定，它又是怎么被处理的呢？

中间件的实现

Middleware 中间件在 paste.ini 配置文件中以 filter section 的形式被表示，EXAMPLE：

[filter:build_auth_context]
paste.filter_factory = keystone.middleware:AuthContextMiddleware.factory

build_auth_context 这个 filter (中间件)的作用是在 WSGI Application 需要接受的 environ 环境变量参数中添加 KEYSTONE_AUTH_CONTEXT 这个成员Key，包含的内容是认证信息的上下文。这个 filter 的类继承关系为：

keystone.middleware.core.AuthContextMiddleware
  -> keystone.common.wsgi.Middleware
    -> keystone.common.wsgi.Application
      -> keystone.common.wsgi.BaseApplication

• class keystone.common.wsgi.Middleware 实现了__call__()方法，是 application 对象被调用时运行的方法。

class Middleware(Application):
    ...
    @webob.dec.wsgify()
    def __call__(self, request):
        try:
            response = self.process_request(request)
            if response:
                return response
            response = request.get_response(self.application)
            return self.process_response(request, response)
        except exceptin.Error as e:
            ...
        ...
#__call__() 的实现为接收一个 request 对象，返回一个 response 对象，使用 WebOB Module 的装饰器 `webob.dec.wsgify()` 将它变成标准的 WSGI Application 接口。这里的 request 和 response 对象分别是 webob.Request 和 webob.Response。
#

__call__()内部调用的 self.process_request() 在 keystone.middleware.core.AuthContextMiddleware 中实现：

class AuthContextMiddleware(wsgi.Middleware):
    ...
    def process_request(self, request):
        ...
        request.environ[authorization.AUTH_CONTEXT_ENV] = auth_context

#process_request() 会根据功能设计创建 auth_context， 然后赋值给 request.environ[authorization.AUTH_CONTEXT_ENV]， 这样就能通过 application 对象的 environ 参数传递到WSGI Application中去了。

Routes

对于URL_Path是以 /v3 开头的请求，在 paste.ini 中会被路由到 [app:service_v3] 这个 app section，并且交给 keystone.service:v3_app_factory 这个函数生成的 application 处理。最后这个 application 需要根据 URL_Path 中剩下的部分（/auth/tokens），来实现 URL 路由。这需要使用 Routes 模块。

Routes Module：是用 Python 实现的类似 Rails 的 URL 路由系统，它的主要功能就是把接收到的 URL_Path 映射到对应的操作。Routes 的一般用法是创建一个 Mapper 对象，然后调用该 Mapper 对象的 connect() 方法把 URL_Path 和 HTTP 内建方法映射到一个 Controller 的某个 Action 上。
这里 Controller 是一个自定义的类实例，每一个资源都对应一个 Controller，是对资源操作方法的集合。Action 表示 Controller 对象提供的操作方法(EG. index/show/delect/update/create )。一般调用这些 Action 的时候会把这个 Action 映射到 HTTP 的内置方法中去。EG. GET/POST/DELETE/PUT 。

EXAMPLE：

#keystone/auth/routers.py
class Routers(wsgi.RoutersBase):

    def append_v3_routers(self, mapper, routers):
        auth_controller = controllers.Auth()

        self._add_resource(                     # 2.
            mapper, auth_controller,            # 3. 
            path='/auth/tokens',                # 1.
            get_action='validate_token',
            head_action='check_token',
            post_action='authenticate_for_token',
            delete_action='revoke_token',
            rel=json_home.build_v3_resource_relation('auth_tokens'))

    ...
#1. ._add_resource() 是专为了路由 URL_Path (/auth/tokens) 而定义的。 其他不同的 URL_Path 也会有对应的的方法定义。 方法名是一致的，但参数不同，尤其是参数 path 的值。
#2. _add_resource() 批量为 /auth/tokens 这个 URL_Path 添加多个 HTTP 内建方法的处理函数。
#3. _add_resource() 的其他参数(get_action/head_action/...) ，可以从名字看出这些参数的作用是指定 HTTP 内建方法对应的处理函数，
#    EG. HTTP:GET() ==> Action:get_action ==>  处理函数:validate_token 

_add_resource的实现：

def _add_resource(self, mapper, controller, path, rel,
                  get_action=None, head_action=None, get_head_action=None,
                  put_action=None, post_action=None, patch_action=None,
                  delete_action=None, get_post_action=None,
                  path_vars=None, status=json_home.Status.STABLE):
    ...
    if get_action:             #如果传递了 get_action 参数，则执行代码块
        getattr(controller, get_action)  # ensure the attribute exists
        mapper.connect(path, controller=controller, action=get_action,
                       conditions=dict(method=['GET']))           
        #调用 mapper 对象的 connect 方法指定一个 URL_Path 的 Action:get_action 映射到 HTTP：GET()  
    ...

总结：URL_Path(/auth/tokens) 和 HTTP 内建的方法，在 Routes Module 中被 Mapper 对象的 connect 方法映射到某一个 Controller 的 Action 操作函数中。实现了调用 URL_Path 即调用 Action 操作函数的效果，而且因为 HTTP 的内建方法也被映射在其中，所以可以很容易的使用 HTTP 协议来实现操作。

WebOb

WebOb 有两个重要的对象：

• 一个是 Webob.Request，对 WSGI Request 的 environ 参数进行封装。
• 一个是 webob.Response ，包含了标准 WSGI Response 的所有元素。
• 此外，还有一个 webob.exc，针对 HTTP 错误代码进行封装。

除了这三种对象，WebOb还提供了一个装饰器webob.dec.wsgify，以便我们可以不使用原始的 WSGI 参数传递和返回格式，而全部使用 WebOb 替代。

EXAMPLE：

@wsgify
def myfunc(req):
    return webob.Response('Hey!')

原始方式调用：

app_iter = myfunc(environ, start_response)

WebOb调用方式：

resp = myfunc(req)

参考资料

Web 开发规范 — WSGI
通过demo学习OpenStack开发
《Openstack 设计与实现》