Ceph 笔记(一)

Ceph 是一个符合POSIX、开源的分布式存储系统；其具备了极好的可靠性、统一性、鲁棒性；经过近几年的发展，Ceph 开辟了一个全新的数据存储途径。Ceph 具备了企业级存储的分布式、可大规模扩展、没有单点故障等特点，越来越受到人们青睐；以下记录了 Ceph 的相关学习笔记。

一、 Ceph Quick Start

1.1、安装前准备

本文以 Centos 7 3.10 内核为基础环境，节点为 4 台 Vagrant 虚拟机；Ceph 版本为 Jewel.

首先需要一台部署节点，这里使用的是宿主机；在部署节点上需要安装一些部署工具，如下

# 安装 EPEL 源
yum install -y epel-release

# 添加 ceph 官方源
cat << EOF >> /etc/yum.repos.d/ceph.repo
[ceph-noarch]
name=Ceph noarch packages
baseurl=https://download.ceph.com/rpm-jewel/el7/noarch
enabled=1
gpgcheck=1
type=rpm-md
gpgkey=https://download.ceph.com/keys/release.asc
EOF

# 安装部署工具
yum update -y && yum install ceph-deploy -y

同时，ceph-deploy 工具需要使用 ssh 来自动化部署 Ceph 各个组件，因此需要保证部署节点能够免密码登录待部署节点；最后，待部署节点最好加入到部署节点的 hosts 中，方便使用域名(某些地方强制)连接管理

1.2、校对时钟

由于 Ceph 采用 Paxos 算法保证数据一致性，所以安装前需要先保证各个节点时钟同步

# 安装 ntp 工具
yum install ntp ntpdate ntp-doc -y
# 校对系统时钟
ntpdate 0.cn.pool.ntp.org

1.3、创建集群配置

ceph-deploy 工具部署集群前需要创建一些集群配置信息，其保存在 ceph.conf 文件中，这个文件未来将会被复制到每个节点的 /etc/ceph/ceph.conf

# 创建集群配置目录
mkdir ceph-cluster && cd ceph-cluster
# 创建 monitor-node
ceph-deploy new docker1
# 追加 OSD 副本数量(测试虚拟机总共有3台)
echo "osd pool default size = 3" >> ceph.conf

1.4、创建集群

创建集群使用 ceph-deploy 工具即可

# 安装 ceph
ceph-deploy install docker1 docker2 docker3
# 初始化 monitor node 和 秘钥文件
ceph-deploy mon create-initial
# 在两个 osd 节点创建一个目录作为 osd 存储
mkdir /data
chown -R ceph:ceph /data
# 初始化 osd
ceph-deploy osd prepare docker1:/data docker2:/data docker3:/data
# 激活 osd
ceph-deploy osd activate docker1:/data docker2:/data docker3:/data
# 部署 ceph cli 工具和秘钥文件
ceph-deploy admin docker1 docker2 docker3
# 确保秘钥有读取权限
chmod +r /etc/ceph/ceph.client.admin.keyring
# 检测集群状态
ceph health

执行 ceph health 命令后应当返回 HEALTH_OK；如出现 HEALTH_WARN clock skew detected on mon.docker2; Monitor clock skew detected，说明时钟不同步，手动同步时钟稍等片刻后即可；其他错误可以通过如下命令重置集群重新部署

ceph-deploy purge {ceph-node} [{ceph-node}]
ceph-deploy purgedata {ceph-node} [{ceph-node}]
ceph-deploy forgetkeys

更多细节，如防火墙、SELinux配置等请参考 官方文档

1.5、其他组件创建

# 创建 MDS
ceph-deploy mds create docker1
# 创建 RGW
ceph-deploy rgw create docker1
# 增加 monitor
echo "public network = 192.168.1.0/24" >> ceph.conf
ceph-deploy --overwrite-conf mon create docker2 docker3
# 查看仲裁信息
ceph quorum_status --format json-pretty

二、Ceph 组件及测试

2.1、Ceph 架构图

以下图片(摘自网络)展示了基本的 Ceph 架构

ceph 架构

  • OSD: Ceph 实际存储数据单元被称为 OSD，OSD 可以使用某个物理机的目录、磁盘设备，甚至是 RAID 阵列；
  • MON: 在 OSD 之上则分布着多个 MON(monitor)，Ceph 集群内组件的状态信息等被维护成一个个 map，而 MON 则负责维护集群所有组件 map 信息，各个集群内组件心跳请求 MON 以确保其 map 保持最新状态；当集群发生故障时，Ceph 将采用 Paxos 算法保证数据一致性，这其中仲裁等主要由 MON 完成，所以 MON 节点建议最少为 3 个，并且为奇数以防止脑裂情况的发生；
  • MDS: Ceph 本身使用对象形式存储数据，而对于外部文件系统访问支持则提供了上层的 CephFS 接口；CephFS 作为文件系统接口则需要一些元数据，这些原数据就存放在 MDS 中；目前 Ceph 只支持单个 MDS 工作，但是可以通过设置 MDS 副本，以保证 MDS 的可靠性
  • RADOS: RADOS 全称 Reliable Autonomic Distributed Object Store，即可靠分布式对象存储；其作为在整个 Ceph 集群核心基础设施，向外部提供基本的数据操作
  • librados: 为了支持私有云等程序调用，Ceph 提供了 C 实现的 API 库 librados，librados 可以支持主流编程语言直接调用，沟通 RADOS 完成数据存取等操作
  • RBD: RDB 个人理解是一个命令行工具，一般位于宿主机上，通过该工具可以直接跟 librados 交互，实现创建存储对象，格式化 Ceph 块设备等操作
  • RADOS GW: 从名字可以看出来，这个组件是一个代理网关，通过 RADOS GW 可以将 RADOS 响应转化为 HTTP 响应，同样可以将外部 HTTP 请求转化为 RADOS 调用；RADOS GW 主要提供了三大功能: 兼容 S3 接口、兼容 Swift 接口、提供管理 RestFul API

下图(摘自网络)从应用角度描述了 Ceph 架构

APP Ceph 架构

2.2、对象存储测试

此处直接上代码

# 创建测试文件
dd if=/dev/zero of=test bs=1G count=1
# 创建对象存储池
rados mkpool data
# 放入对象
rados put test-file test --pool=data
# 检查存储池
rados -p data ls
# 检查对象信息
ceph osd map data test-file
# 删除对象
rados -p data rm test-file
# 删除存储池(存储池写两遍并且加上确认)
rados rmpool data data --yes-i-really-really-mean-it

2.3、块设备测试

官方文档中提示，使用 rdb 的客户端不建议与 OSD 等节点在同一台机器上

You may use a virtual machine for your ceph-client node, but do not execute the following procedures on the same physical node as your Ceph Storage Cluster nodes (unless you use a VM). See FAQ for details.

这里从第四台虚拟机上执行操作，首先安装所需客户端工具

# 部署节点上 ceph-cluster 目录下执行
ceph-deploy install docker4
ceph-deploy admin docker4

然后创建块设备

# 块设备单位为 MB
rbd create data --size 10240
# 映射块设备
map foo --name client.admin

在上面的 map 映射操作时，可能出现如下错误

RBD image feature set mismatch. You can disable features unsupported by the kernel with "rbd feature disable"

查看系统日志可以看到如下输出

➜  ~ dmesg | tail
[-1127592253.530346] rbd: image data: image uses unsupported features: 0x38
[-1127590337.563180] libceph: mon0 192.168.1.11:6789 session established
[-1127590337.563741] libceph: client4200 fsid dd9fdfee-438a-47aa-be21-114372bc1f44

问题原因: 在 Ceph 高版本进行 map image 时，默认 Ceph 在创建 image(上文 data)时会增加许多 features，这些 features 需要内核支持，在 Centos7 的内核上支持有限，所以需要手动关掉一些 features

首先使用 rbd info data 命令列出创建的 image 的 features

rbd image 'data':
        size 10240 MB in 2560 objects
        order 22 (4096 kB objects)
        block_name_prefix: rbd_data.37c6238e1f29
        format: 2
        features: layering, exclusive-lock, object-map, fast-diff, deep-flatten
        flags:

在 features 中我们可以看到默认开启了很多:

  • layering: 支持分层
  • striping: 支持条带化 v2
  • exclusive-lock: 支持独占锁
  • object-map: 支持对象映射(依赖 exclusive-lock)
  • fast-diff: 快速计算差异(依赖 object-map)
  • deep-flatten: 支持快照扁平化操作
  • journaling: 支持记录 IO 操作(依赖独占锁）

而实际上 Centos 7 的 3.10 内核只支持 layering… 所以我们要手动关闭一些 features，然后重新 map；如果想要一劳永逸，可以在 ceph.conf 中加入 rbd_default_features = 1 来设置默认 features(数值仅是 layering 对应的 bit 码所对应的整数值)。

# 关闭不支持特性
rbd feature disable data exclusive-lock, object-map, fast-diff, deep-flatten
# 重新映射
rbd map data --name client.admin
# 成功后返回设备位置
/dev/rbd0

最后我们便可以格式化正常挂载这个设备了

➜  ~ mkfs.xfs /dev/rbd0
meta-data=/dev/rbd0              isize=512    agcount=17, agsize=162816 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=0, sparse=0
data     =                       bsize=4096   blocks=2621440, imaxpct=25
         =                       sunit=1024   swidth=1024 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=8 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
➜  ~ mkdir test1
➜  ~ mount /dev/rbd0 test1
# 写入测试
➜  ~ dd if=/dev/zero of=test1/test-file bs=1G count=1
记录了1+0 的读入
记录了1+0 的写出
1073741824字节(1.1 GB)已复制，16.3689 秒，65.6 MB/秒
➜  ~ ls test1
test-file

2.4、CephFS 测试

在测试 CephFS 之前需要先创建两个存储池和一个 fs，创建存储池要指定 PG 数量

ceph osd pool create cephfs_data 32
ceph osd pool create cephfs_metadata 32
ceph fs new testfs cephfs_metadata cephfs_data

PG 概念:

当 Ceph 集群接收到存储请求时，Ceph 会将其分散到各个 PG 中，PG 是一组对象的逻辑集合；根据 Ceph 存储池的复制级别，每个 PG的数据会被复制并分发到集群的多个 OSD 上；一般来说增加 PG 数量能降低 OSD 负载，一般每个 OSD 大约分配 50 ~ 100 PG，关于 PG 数量一般遵循以下公式

  • 集群 PG 总数 = (OSD 总数 * 100) / 数据最大副本数
  • 单个存储池 PG 数 = (OSD 总数 * 100) / 数据最大副本数 /存储池数

注意，PG 最终结果应当为最接近以上计算公式的 2 的 N 次幂(向上取值)；如我的虚拟机环境每个存储池 PG 数 = 3(OSD) * 100 / 3(副本) / 5(大约 5 个存储池) = 20，向上取 2 的 N 次幂 为 32

挂载 CephFS 一般有两种方式，一种是使用内核驱动挂载，一种是使用 ceph-fuse 用户空间挂载；内核方式挂载需要提取 Ceph 管理 key，如下

# key 在 ceph.conf 中
echo "AQB37CZZblBkDRAAUrIrRGsHj/NqdKmVlMQ7ww==" > ceph-key
# 创建目录挂载
mkdir test2
mount -t ceph 192.168.1.11:6789:/ /root/test2 -o name=admin,secretfile=ceph-key
# 写入测试
➜  ~ dd if=/dev/zero of=test2/testFs bs=1G count=1
记录了1+0 的读入
记录了1+0 的写出
1073741824字节(1.1 GB)已复制，6.83251 秒，157 MB/秒

使用 ceph-fuse 用户空间挂载方式比较简单，但需要先安装 ceph-fuse 软件包

# 安装 ceph-fuse
yum install -y ceph-fuse
# 挂载
mkdir test3
ceph-fuse -m 192.168.1.11:6789 test3
# 写入测试
➜  ~ dd if=/dev/zero of=test3/testFs bs=1G count=1
记录了1+0 的读入
记录了1+0 的写出
1073741824字节(1.1 GB)已复制，8.18417 秒，131 MB/秒

2.5、对象网关测试

对象网关在 1.5、其他组件创建 部分已经做了创建(RGW)，此时直接访问 http://ceph-node-ip:7480 返回如下

<ListAllMyBucketsResult xmlns="http://s3.amazonaws.com/doc/2006-03-01/">
    <Owner>
        <ID>anonymous</ID>
        <DisplayName/>
    </Owner>
    <Buckets/>
</ListAllMyBucketsResult>

这就说明网关已经 ok，由于手里没有能读写测试工具，这里暂不做过多说明

本文主要参考 Ceph 官方文档 Quick Start 部分，如有其它未说明到的细节可从官方文档获取

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