Ceph IO流程及数据分布

1.1 正常IO流程图

步骤：

client创建cluster handler。
client读取配置文件。
client连接上monitor，获取集群map信息。
client读写io根据crush算法请求对应的主osd数据节点。
主osd数据节点同时写入另外两个副本节点数据。
等待主节点以及另外两个副本节点写完数据状态。
主节点及副本节点写入状态都成功后，返回给client，io写入完成。

1.2 新主IO流程图

说明： 如果新加入的OSD1取代了原有的OSD4成为Primary OSD，由于OSD1上未创建 PG ，不存在数据，那么PG上的I/O无法进行，怎样工作的呢？

步骤：

client连接monitor获取集群map信息。
同时新主osd1由于没有pg数据会主动上报monitor告知让osd2临时接替为主。
临时主osd2会把数据全量同步给新主osd1。
client IO读写直接连接临时主osd2进行读写。
osd2收到读写io，同时写入另外两副本节点。
等待osd2以及另外两副本写入成功。
osd2三份数据都写入成功返回给client，此时client io读写完毕。
如果osd1数据同步完毕，临时主osd2会交出主角色。
osd1成为主节点，osd2变成副本。

1.3 Ceph IO算法流程

File用户需要读写的文件。File->Object映射：
1. ino (File的元数据，File的唯一id)。
2. ono(File切分产生的某个object的序号，默认以4M切分一个块大小)。
3. oid(object id: ino + ono)。
Object是RADOS需要的对象。Ceph指定一个静态hash函数计算oid的值，将oid映射成一个近似均匀分布的伪随机值，然后和mask按位相与，得到pgid。Object->PG映射：
1. hash(oid) & mask-> pgid 。
2. mask = PG总数m(m为2的整数幂)-1 。
PG（Placement Group）用途是对object的存储进行组织和位置映射，（类似于redis cluster里面的slot的概念）一个PG里面会有很多object。采用CRUSH算法，将pgid代入其中，然后得到一组OSD。PG->OSD映射：
1. CRUSH(pgid)->(osd1,osd2,osd3) 。

1.4 Ceph IO伪代码流程

bash 复制代码

locator = object_nameobj_hash =  hash(locator)pg = obj_hash % num_pgosds_for_pg = crush(pg)    # returns a list of osdsprimary = osds_for_pg[0]replicas = osds_for_pg[1:]

1.5 Ceph RBD IO流程

步骤：

客户端创建一个pool，需要为这个pool指定pg的数量。
创建pool/image rbd设备进行挂载。
用户写入的数据进行切块，每个块的大小默认为4M，并且每个块都有一个名字，名字就是object+序号。
将每个object通过pg进行副本位置的分配。
pg根据cursh算法会寻找3个osd，把这个object分别保存在这三个osd上。
osd上实际是把底层的disk进行了格式化操作，一般部署工具会将它格式化为xfs文件系统。
object的存储就变成了存储一个文rbd0.object1.file。

1.6 Ceph RBD IO框架图

客户端写数据osd过程：

采用的是librbd的形式，使用librbd创建一个块设备，向这个块设备中写入数据。
在客户端本地同过调用librados接口，然后经过pool，rbd，object，pg进行层层映射，在PG这一层中，可以知道数据保存在哪3个OSD上，这3个OSD分为主从的关系。
客户端与primay OSD建立SOCKET通信，将要写入的数据传给primary OSD，由primary OSD再将数据发送给其他replica OSD数据节点。

1.7 Ceph Pool和PG分布情况

说明：

pool是ceph存储数据时的逻辑分区，它起到namespace的作用。
每个pool包含一定数量(可配置)的PG。
PG里的对象被映射到不同的Object上。
pool是分布到整个集群的。
pool可以做故障隔离域，根据不同的用户场景不一进行隔离。

1.8 Ceph 数据扩容PG分布

场景数据迁移流程：

现状3个OSD，4个PG
扩容到4个OSD，4个PG

现状：

扩容后：

说明：每个OSD上分布很多PG，并且每个PG会自动散落在不同的OSD上。如果扩容那么相应的PG会进行迁移到新的OSD上，保证PG数量的均衡。