Openstack云计算（五）ceph

Ceph简介：

Ceph是一种为优秀的性能、可靠性和可扩展性而设计的统一的、分布式文件系统。ceph]的统一体现在可以提供文件系统、块存储和对象存储,分布式体现在可以动态扩展。在国内一些公司的云环境中,通常会采用ceph作为openstack的唯一后端存储来提高数据转发效率。

Ceph项目最早起源于Sage就读博士期间的工作(最早的成果于2004年发表) ,并随后贡献给开源社区。在经过了数年的发展之后,目前已得到众多云计算厂商的支持并被广泛应用。RedHat及OpenStack都可与Ceph整合以支持虚拟机镜像的后端存储。

官网:https://ceph.com/

官方文档：Welcome to Ceph --- Ceph Documentation

Ceph特点:

高性能：a.摒弃了传统的集中式存储元数据寻址的方案,采用CRUSH算法,数据分布均衡,并行度高。

b.考虑了容灾域的隔离,能够实现各类负载的副本放置规则,例如跨机房、机架感知等。

c.能够支持上千个存储节点的规模，支持TB到PB级的数据。

高可用性：

副本数可以灵活控制。
支持故障域分隔，数据强一致性。
多种故障场景自动进行修复自愈。
没有单点故障，自动管理。

高可扩展性：

去中心化。
扩展灵活。
随着节点增加而线性增长。

特性丰富：

支持三种存储接口：块存储、文件存储、对象存储。
支持自定义接口，支持多种语言驱动。

Ceph应用场景：

Ceph可以提供对象存储、块设备存储和文件系统服务,其对象存储可以对接网盘(owncloud )应用业务等;其块设备存储可以对接(Iaas) ,当前主流的IaaS运平台软件,如: OpenStack, CloudStack、Zstack, Eucalyptus等以及kvm等。

Ceph是一个高性能、可扩容的分布式存储系统，它提供三大功能：

对象存储(RADOSGW) :提供RESTful接口,也提供多种编程语言绑定。兼容S3、 Swift ;

块存储（RDB）：由RBD提供，可以直接作为磁盘挂载，内置了容灾机制；

文件系统(CephFS):提供POSIX兼容的网络文件系统CephFS ,专注于高性能、大容量存储;

什么是块存储/对象存储/文件系统存储？

对象存储：

也就是通常意义的键值存储，其接口就是简单的GET、PUT、DEL 和其他扩展，代表主要有 Swift、S3 以及 Gluster等；

块存储：

这种接口通常以QEMU Driver或者Kernel Module的方式存在,这种接口需要实现Linux的Block Device的接口或者QEMU提供的Block Driver接口,如Sheepdog, AWS的EBS ,青云的云硬盘和阿里云的盘古系统,还有Ceph的RBD (RBD是Ceph面向块存储的接口)。在常见的存储中DAS, SAN提供的也是块存储;

文件系统存储：

通常意义是支持POSIX接口,它跟传统的文件系统如Ext4是一个类型的,但区别在于分布式存储提供了并行化的能力,如Ceph的CephFS (CephFS是Ceph面向文件存储的接口) ,但是有时候又会把GlusterFS , HDFS这种非POSIX接口的类文件存储接口归入此类。当然 NFS、NAS也是属于文件系统存储；

Ceph的核心组件：

Monitors :监视器,维护集群状态的多种映射,同时提供认证和日志记录服务,包括有关monitor节点端到端的信息,其中包括Ceph集群ID ,监控主机名和IP以及端口。并且存储当前版本信息以及最新更改信息,通过"ceph mon dump"查看 monitor map.
MDS (Metadata Server) : Ceph元数据,主要保存的是Ceph文件系统的元数据。注意: ceph的块存储和ceph对象存储都不需要MDS。
OSD :即对象存储守护程序,但是它并非针对对象存储。是物理磁盘驱动器,将数据以对象的形式存储到集群中的每个节点的物理磁盘上。OSD负责存储数据、处理数据复制、恢复、回(Backfilling)、再平衡。完成存储数据的工作绝大多数是由OSD daemon进程实现。在构建Ceph OSD的时候,建议采用SSD磁盘以及xfs文件系统来格式化分区。此外OSD还对其它OSD进行心跳检测,检测结果汇报给Monitor
RADOS : Reliable Autonomic Distributed Object Store. RADOS是ceph存储集群的基础。在ceph中,所有数据都以对象的形式存储,并且无论什么数据类型, RADOS对象存储都将负责保存这些对象。RADOS层可以确保数据始终保持一致。
librados : librados库,为应用程度提供访问接口。同时也为块存储、对象存储、文件系统提供原生的接口。
RADOSGW :网关接口,提供对象存储服务。它使用librgw和librados来实现允许应用程序与Ceph对象存储建立连接。并且提供S3和Swift兼容的RESTful API接口。
RBD：块设备，它能够自动精简配置并可调整大小，而且将数据分散存储在多个OSD上。(8) CephFS : Ceph文件系统，与POSIX兼容的文件系统，基于librados封装原生接口。

Ceph 数据存储过程：

无论使用哪种存储方式（对象、块、文件系统），存储的数据都会被切分成Objects。Objects size大小可以由管理员调整,通常为2M或4M。每个对象都会有一个唯一的OID,由ino与ono生成,虽然这些名词看上去很复杂,其实相当简单。

ino :即是文件的File ID ,用于在全局唯一标识每一个文件

ono：则是分片的编号

比如:一个文件FileID为A,它被切成了两个对象,一个对象编号0,另一个编号1,那么这两个文件的oid则为A0与A1。

File--此处的file就是用户需要存储或者访问的文件。对于一个基于Ceph开发的对象存储应用而言,这个file也就对应于应用中的"对象",也就是用户直接操作的"对象"。

Ojbect--此处的object是RADOS所看到的"对象"。Object与上面提到的file的区别是, object的最大size由RADOS限定(通常为2MB或4MB) ,以便实现底层存储的组织管理。因此,当上层应用向RADOS存入size很大的file时,需要将file切分成统一大小的一系列object (最后一个的大小可以不同)进行存储。为避免混淆,在本文中将尽量避免使用中文的"对象"这一名词，而直接使用file或object进行说明。

PG (Placement Group）--顾名思义，PG的用途是对object的存储进行组织和位置映射。具体而言，一个PG负责组织若干个object (可以为数千个甚至更多) ,但一个object只能被映射到一个PG中,即,PG和object之间是"一对多"映射关系。同时,一个PG会被映射到n个OSD上,而每个OSD上都会承载大量的PG,即,PG和OSD之间是"多对多"映射关系。在实践当中,n至少为2,如果用于生产环境,则至少为3,一个OSD上的PG则可达到数百个。事实上, PG数量的设置牵扯到数据分布的均匀性问题。

OSD--即object storage device ,前文已经详细介绍,此处不再展开。唯一需要说明的是, osD的数量事实上也关系到系统的数据分布均匀性,因此其数量不应太少。在实践当中,至少也应该是数十上百个的量级才有助于Ceph系统的设计发挥其应有的优势。

基于上述定义，便可以对寻址流程进行解释了。具体而言，Ceph中的寻址至少要经历以下三次映射：

File -> object映射
Object-> PG映射， has(oid) & mask -> pgid
(3) PG-> OSD映射，CRUSH算法

CRUSH , Controlled Replication Under Scalable Hashing ,它表示数据存储的分布式选择算法, ceph的高性能/高可用就是采用这种算法实现。CRUSH算法取代了在元数据表中为每个客户端请求进行查找,它通过计算系统中数据应该被写入或读出的位置。CRUSH能够感知基础架构,能够理解基础设施各个部件之间的关系。并CRUSH保存数据的多个副本,这样即使一个故障域的几个组件都出现故障,数据依然可用。CRUSH算是使得ceph实现了自我管理和自我修复。

RADOS 分布式存储相较于传统分布式存储的优势在于：

1,将文件映射到object后,利用Cluster Map通过CRUSH计算而不是查找表方式定位文件数据存储到存储设备的具体位置。优化了传统文件到块的映射和Block MAp的管理。

RADOS充分利用OSD的智能特点，将部分任务授权给OSD，最大程度地实现可扩展

部署准备：

所有ceph集群节点(包括客户端)设置静态域名解析;

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127.0.0.1localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4

::1localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6

172.16.254.163 dlp

172.16.254.64 node1

172.16.254.65 node2

172.16.254.66 node3

172.16.254.63 controller

所有集群节点(包括客户端)创建cent用户，并设置密码，后执行如下命令：

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useradd cent && echo "123" | passwd --stdin cent

echo -e 'Defaults:cent Irequiretty\ncent ALL = (root) NOPASSwD:ALL' I tee /etc/sudoers.d/cephchmod 440 /etc/sudoers.d/ceph

(3)在部署节点切换为cent用户，设置无密钥登陆各节点包括客户端节点

(4)在部署节点切换为cent用户,在cent用户家目录,设置如下文件: vi~/.ssh/config# create new (define all nodesand users)

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Host dlp

Hostname dlp

User cent

Host node1

Hostname node1

User cent

Host node2

Hostname node2

User cent

Host node3

Hostname node3

User cent

查看版本命令和修改权限命令

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Cat /etc/redhat-release

chmod 600 ~/.ssh/config

所有节点配置国内ceph源：

all-node (包括客户端)在/etc/yum.repos.d创建 ceph-yunwei.repo

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[ceph-yunwei]

name=ceph-yunwei-install

baseurl=https://mirrors.aliyun.com/centos/7.6.1810/storage/x86_64/ceph-jewel/

enable=1

gpgcheck=0

或者也可以将如上内容添加到现有的 CentOS-Base.repo 中。

（2）到国内ceph源中https://mirrors.aliyun.com/centos/7.6.1810/storage/x86_64/ceph-jewel/下载如下所需rpm包。注意：红色框中为ceph-deploy的rpm，只需要在部署节点安装，下载需要到ceph-rpm-jewel-el7-noarch安装包下载_开源镜像站-阿里云中找到最新对应的ceph-deploy-xxxxx.noarch.rpm 下载

清理缓存

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Yum clean all

加载插件

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Yum makecache

3）将下载好的rpm拷贝到所有节点，并安装。注意ceph-deploy-xxxxx.noarch.rpm 只有部署节点用到，其他节点不需要，部署节点也需要安装其余的rpm

（4）在部署节点（cent用户下执行）：安装 ceph-deploy，在root用户下，进入下载好的rpm包目录，执行：

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yum localinstall -y ./*

（或者sudo yum install ceph-deploy）

创建ceph工作目录

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mkdir ceph &&  cd ceph

验证是否安装成功 ceph-deploy --version

在部署节点（cent用户下执行）：配置新集群

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ceph-deploy new node1 node2 node3

vim /ceph.conf

添加配置内容

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mon_clock_drift_allowed = 2

mon_clock_drift_warn_backoff = 3

osd_pool_default_size = 3

（7）在部署节点执行，所有节点安装ceph软件

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ceph-deploy install dlp node1 node2 node3

（8）在部署节点初始化集群（cent用户下执行）：

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ceph-deploy mon create-initial

（12）准备Object Storage Daemon：

html 复制代码

ceph-deploy osd prepare node1:/var/lib/ceph/osd node2:/var/lib/ceph/osd node3:/var/lib/ceph/osd

（13）激活Object Storage Daemon：

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ceph-deploy osd activate node1:/var/lib/ceph/osd node2:/var/lib/ceph/osd node3:/var/lib/ceph/osd

（14）在部署节点transfer config files

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ceph-deploy admin dlp node1 node2 node3

sudo chmod 644 /etc/ceph/ceph.client.admin.keyring

（15）在ceph集群中任意节点检测：

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ceph -s

三、客户端设置：

（1）客户端也要有cent用户：

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useradd cent && echo "123" | passwd --stdin cent

echo-e 'Defaults:cent !requiretty\ncent ALL = (root) NOPASSWD:ALL' | tee /etc/sudoers.d/ceph

chmod440 /etc/sudoers.d/ceph

在部署节点执行，安装ceph客户端及设置：

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ceph-deploy install controller

ceph-deploy admin controller

（2）客户端执行

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sudo chmod 644 /etc/ceph/ceph.client.admin.keyring

（3）客户端执行，块设备rdb配置：

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创建rbd：rbd create disk01 --size 10G --image-feature layering    
删除：rbd rm disk01列示rbd：rbd ls -l映射rbd的image map：sudo rbd map disk01      
取消映射：sudo rbd unmap disk01
显示map：rbd showmapped
格式化disk01
文件系统xfs：sudo mkfs.xfs /dev/rbd0
挂载硬盘：sudo mount /dev/rbd0 /mnt
验证是否挂着成功：df -hT

（4）File System配置：

在部署节点执行，选择一个node来创建MDS：

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ceph-deploy mds create node1

以下操作在node1上执行：

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sudo chmod 644 /etc/ceph/ceph.client.admin.keyring

在MDS节点node1上创建 cephfs_data 和 cephfs_metadata 的 pool

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ceph osd pool create cephfs_data 128
ceph osd pool create cephfs_metadata 128

开启pool：

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ceph fs new cephfs cephfs_metadata cephfs_data

显示ceph fs：

java 复制代码

ceph fs lsceph mds stat

以下操作在客户端执行，安装ceph-fuse：

java 复制代码

yum -y install ceph-fuse

获取admin key：

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sshcent@node1"sudo ceph-authtool -p /etc/ceph/ceph.client.admin.keyring" > admin.key

chmod600 admin.key

挂载ceph-fs：

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mount-t ceph node1:6789:/ /mnt -o name=admin,secretfile=admin.key
df-hT

停止ceph-mds服务：

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systemctl stop ceph-mds@node1
ceph mds fail 0
ceph fs rm cephfs --yes-i-really-mean-it  
ceph osd lspools
显示结果：0 rbd,1 cephfs_data,2 cephfs_metadata,  
ceph osd pool rm cephfs_metadata cephfs_metadata --yes-i-really-really-mean-it

四、删除环境：

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ceph-deploy purge dlp node1 node2 node3 controller

ceph-deploy purgedata dlp node1 node2 node3 controller

ceph-deploy forgetkeys

rm -rf ceph*