04
2024
07
14:09:31

分布式存储系统——ceph

一、分布式存储类型

1、块存储

(例如硬盘,一般是一个存储被一个服务器挂载使用,适用于容器或虚拟机存储卷分配、日志存储、文件存储) 就是一个裸设备,用于提供没有被组织过的存储空间,底层以分块的方式来存储数据

2、文件存储

(例如NFS,解决块存储无法共享问题,可以一个存储被多个服务器同时挂载,适用于目录结构的存储、日志存储) 是一种数据的组织存放接口,一般是建立在块级别的存储结构之上,以文件形式来存储数据,而文件的元数据和实际数据是分开存储的

3、对象存储

(例如OSS,一个存储可以被多服务同时访问,具备块存储的高速读写能力,也具备文件存储共享的特性,适用图片存储、视频存储) 基于API接口提供的文件存储,每一个文件都是一个对象,且文件大小各不相同的,文件的元数据和实际数据是存放在一起的

二、ceph概述

1、ceph简介

Ceph使用C++语言开发,是一个开放、自我修复和自我管理的开源分布式存储系统。具有高扩展性、高性能、高可靠性的优点。

Ceph目前已得到众多云计算厂商的支持并被广泛应用。RedHat及OpenStack,Kubernetes都可与Ceph整合以支持虚拟机镜像的后端存储。 粗略估计,我国70%—80%的云平台都将Ceph作为底层的存储平台,由此可见Ceph俨然成为了开源云平台的标配。目前国内使用Ceph搭建分布式存储系统较为成功的企业有华为、阿里、中兴、华三、浪潮、中国移动、网易、乐视、360、星辰天合存储、杉岩数据等。

2、ceph的优势

  • 高扩展性:去中心化,支持使用普通X86服务器,支持上千个存储节点的规模,支持TB到EB级的扩展。

  • 高可靠性:没有单点故障,多数据副本,自动管理,自动修复。

  • 高性能: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。

  • 功能强大:Ceph是个大一统的存储系统,集块存储接口(RBD)、文件存储接口(CephFS)、对象存储接口(RadosGW)于一身,因而适用于不同的应用场景。

3、ceph架构

可以将Ceph系统分为如下四个层次:

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1)RADOS 基础存储系统(Reliab1e,Autonomic,Distributed object store

即可靠的、自动化的、分布式的对象存储) RADOS是Ceph最底层的功能模块,是一个无限可扩容的对象存储服务,能将文件拆解成无数个对象(碎片)存放在硬盘中,大大提高了数据的稳定性。它主要由OSD和Monitor两个组件组成,OSD和Monitor都可以部署在多台服务器中,这就是ceph分布式的由来,高扩展性的由来。

2)LIBRADOS 基础库

Librados提供了与RADOS进行交互的方式,并向上层应用提供Ceph服务的API接口,因此上层的RBD、RGW和CephFS都是通过Librados访问的,目前提供PHP、Ruby、Java、Python、Go、C和C++支持,以便直接基于RADOS(而不是整个Ceph)进行客户端应用开发。

3)高层应用接口

包括三个部分

  • 对象存储接口 RGW(RADOS Gateway) 网关接口,基于Librados开发的对象存储系统,提供S3和Swift兼容的RESTful API接口。

  • 块存储接口 RBD(Reliable Block Device) 基于Librados提供块设备接口,主要用于Host/VM。

  • 文件存储接口 CephFS(Ceph File System) Ceph文件系统,提供了一个符合POSIX标准的文件系统,它使用Ceph存储集群在文件系统上存储用户数据。基于Librados提供的分布式文件系统接口。

4)应用层

基于高层接口或者基础库Librados开发出来的各种APP,或者Host、VM等诸多客户端

4、ceph核心组件

Ceph中,一切皆对象

Ceph是一个对象式存储系统,它把每一个待管理的数据流(如文件等数据)切分为一到多个固定大小(默认4兆)的对象数据(Object),并以其为原子单元(原子是构成元素的最小单元)完成数据的读写。

1)OSD(Object Storage Daemon,守护进程ceph-osd)

作用:负责存储数据,一般一个磁盘对应一个OSD,负责响应客户端的读写请求

主要功能:存储数据、复制数据、平衡数据、恢复数据,以及与其它OSD间进行心跳检查,负责响应客户端请求返回具体数据的进程等。

通常至少需要3个OSD来实现冗余和高可用性。

2)PG(Placement Group 归置组)

PG 是一个虚拟的概念而已,物理上不真实存在。

它在数据寻址时类似于数据库中的索引:Ceph 先将每个对象数据通过HASH算法固定映射到一个 PG 中,然后将 PG 通过 CRUSH 算法映射到 OSD。

3)Pool

Pool 是存储对象的逻辑分区,它起到 namespace 的作用。

每个 Pool 包含一定数量(可配置)的 PG。

Pool 可以做故障隔离域,根据不同的用户场景统一进行隔离。

#Pool中数据保存方式支持两种类型:
●多副本(replicated):类似 raid1,一个对象数据默认保存 3 个副本,放在不同的 OSD
●纠删码(Erasure Code):类似 raid5,对 CPU 消耗稍大,但是节约磁盘空间,对象数据保存只有 1 个副本。由于Ceph部分功能不支持纠删码池,此类型存储池使用不多
#Pool、PG 和 OSD 的关系:
一个Pool里有很多个PG;
一个PG里包含一堆对象,一个对象只能属于一个PG;
PG有主从之分,一个PG分布在不同的OSD上(针对多副本类型)

4)Monitor(守护进程ceph-mon)

作用:保存OSD的元数据,维护展示集群状态的各种图表, 管理集群客户端认证与授权

负责维护集群状态的映射视图(Cluster Map:OSD Map、Monitor Map、PG Map 和 CRUSH Map),维护展示集群状态的各种图表, 管理集群客户端认证与授权。

一个Ceph集群通常至少需要 3 或 5 个(奇数个)Monitor 节点才能实现冗余和高可用性,它们通过 Paxos 协议实现节点间的同步数据。

5)Manager(守护进程ceph-mgr)

作用:负责跟踪运行时指标和 Ceph 集群的当前状态,包括存储利用率、当前性能指标和系统负载。

6)MDS(Metadata Server,守护进程ceph-mds)

是 CephFS 服务依赖的元数据服务。

负责保存文件系统的元数据,管理目录结构。

对象存储和块设备存储不需要元数据服务;如果不使用 CephFS 可以不安装。

5、OSD存储方式

1)方式一:Filestore

FileStore是在Ceph中存储对象的一个遗留方法。

它依赖于一个标准文件系统(只能是XFS),并结合一个键/值数据库(传统上是LevelDB,现在BlueStore是RocksDB),用于保存和管理元数据。

FileStore经过了良好的测试,在生产中得到了广泛的应用。

然而,由于它的总体设计和对传统文件系统的依赖,使得它在性能上存在许多不足。

2)方式二:Bluestore

BlueStore是一个特殊用途的存储后端,专门为OSD工作负载管理磁盘上的数据而设计。

BlueStore 的设计是基于十年来支持和管理 Filestore 的经验

BlueStore 相较于 Filestore,具有更好的读写性能和安全性。

6、Bluestore的主要功能

1)BlueStore直接管理存储设备,即直接使用原始块设备分区管理磁盘上的数据。

这样就避免了抽象层的介入(例如本地文件系统,如XFS),因为抽象层会限制性能或增加复杂性。

2)BlueStore使用RocksDB进行元数据管理

RocksDB的键/值数据库是嵌入式的,以便管理内部元数据,包括将对象名称映射到磁盘上的块位置。

3)写入BlueStore的所有数据和元数据都受一个或多个校验和的保护。

未经验证,不会从磁盘读取或返回给用户任何数据或元数据。

4)支持内联压缩。数据在写入磁盘之前可以选择性地进行压缩

5)支持多设备元数据分层。

BlueStore允许将其内部日志(WAL预写日志)写入单独的高速设备(如SSD、NVMe或NVDIMM),以提高性能。

如果有大量更快的可用存储,则可以将内部元数据存储在更快的设备上。

6)支持高效的写时复制。

RBD和CephFS快照依赖于在BlueStore中有效实现的即写即复制克隆机制

这将为常规快照和擦除编码池(依赖克隆实现高效的两阶段提交)带来高效的I/O。

7、ceph存储过程

1)首先,将文件切片分成大小为4M的一个或多个数据对象,每个数据对象都对应一个oid

2)其次,通过hash算法对oid计算,得到一个数值,在使用这个数值除以PG总数的取得数据对象得pgid

3)最后,在对数据对象使用CRUSH算法,得到PG对应得OSD得ID,如果有多副本,则是主从得OSD得ID

三、ceph的部署

部署环境:

1、环境准备(五台机器都做)

#关闭防火墙,selinux
systemctl disable --now firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config
 
#修改主机名,创建管理用户
hostnamectl set-hostname admin        #
hostnamectl set-hostname node01
hostnamectl set-hostname node02
hostnamectl set-hostname node03
hostnamectl set-hostname client
 
useradd cephadm
passwd cephadm
 
visudo
cephadm ALL=(root) NOPASSWD:ALL    #给管理用户提权
 
#修改本地的hosts文件,添加域名映射
cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.3.100 admin
192.168.3.101 node01
192.168.3.102 node02
192.168.3.103 node03
192.168.3.104 client
EOF

2、安装常用软件的依赖包(五台机器都做)

yum -y install epel-release
yum -y install yum-plugin-priorities yum-utils ntpdate python-setuptools python-pip gcc gcc-c++ autoconf libjpeg libjpeg-devel libpng libpng-devel freetype freetype-devel libxml2 libxml2-devel zlib zlib-devel glibc glibc-devel glib2 glib2-devel bzip2 bzip2-devel zip unzip ncurses ncurses-devel curl curl-devel e2fsprogs e2fsprogs-devel krb5-devel libidn libidn-devel openssl openssh openssl-devel nss_ldap openldap openldap-devel openldap-clients openldap-servers libxslt-devel libevent-devel ntp libtool-ltdl bison libtool vim-enhanced python wget lsof iptraf strace lrzsz kernel-devel kernel-headers pam-devel tcl tk cmake ncurses-devel bison setuptool popt-devel net-snmp screen perl-devel pcre-devel net-snmp screen tcpdump rsync sysstat man iptables sudo libconfig git bind-utils tmux elinks numactl iftop bwm-ng net-tools expect snappy leveldb gdisk python-argparse gperftools-libs conntrack ipset jq libseccomp socat chrony sshpass

3、在 admin 管理节点配置 ssh 免密登录所有节点

yum install -y sshpass.x86_64
ssh-keygen -t rsa -P '' -f ~/.ssh/id_rsa
sshpass -p '123123' ssh-copy-id -o StrictHostKeyChecking=no root@admin
sshpass -p '123123' ssh-copy-id -o StrictHostKeyChecking=no root@node01
sshpass -p '123123' ssh-copy-id -o StrictHostKeyChecking=no root@node02
sshpass -p '123123' ssh-copy-id -o StrictHostKeyChecking=no root@node03

4、配置时间同步(除了client之外的节点)

systemctl enable --now chronyd
timedatectl set-ntp true					#开启 NTP
timedatectl set-timezone Asia/Shanghai		#设置时区
chronyc -a makestep							#强制同步下系统时钟
timedatectl status							#查看时间同步状态
chronyc sources -v							#查看 ntp 源服务器信息
timedatectl set-local-rtc 0					#将当前的UTC时间写入硬件时钟
 
#重启依赖于系统时间的服务
systemctl restart rsyslog 
systemctl restart crond
 
#关闭无关服务
systemctl disable --now postfix

5、配置 Ceph yum源(所有节点)

wget https://download.ceph.com/rpm-nautilus/el7/noarch/ceph-release-1-1.el7.noarch.rpm --no-check-certificate
rpm -ivh ceph-release-1-1.el7.noarch.rpm --force

6、执行完上面所有的操作之后重启所有主机(可选)

sync
reboot

7、部署 Ceph 集群(所有服务器)

#为所有节点都创建一个 Ceph 工作目录,后续的工作都在该目录下进行
mkdir -p /etc/ceph
 
#安装 ceph-deploy 部署工具
cd /etc/ceph
yum install -y ceph-deploy
 
ceph-deploy --version    #查看ceph版本

8、在管理节点为其它节点安装 Ceph 软件包

#ceph-deploy 2.0.1 默认部署的是 mimic 版的 Ceph,若想安装其他版本的 Ceph,可以用 --release 手动指定版本
cd /etc/ceph
ceph-deploy install --release nautilus node0{1..3} admin

9、给node所有节点另外添加一张网卡,并配置为192.168.100.0网段的IP(node01,node02,node03节点都要配置)

cd /etc/sysconfig/network-scripts/
 
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens36
 
vim ifcfg-ens36
 
#node01节点ens36网卡的IP:192.168.100.101
#node02节点ens36网卡的IP:192.168.100.102
#node03节点ens36网卡的IP:192.168.100.103

10、生成初始配置(admin节点)

#在管理节点运行下述命令,告诉 ceph-deploy 哪些是 mon 监控节点
cd /etc/ceph
ceph-deploy new --public-network 192.168.3.0/24 --cluster-network 192.168.100.0/24 node01 node02 node03
 
#命令执行成功后会在 /etc/ceph 下生成配置文件
ls /etc/ceph
ceph.conf					#ceph的配置文件
ceph-deploy-ceph.log		#monitor的日志
ceph.mon.keyring			#monitor的密钥环文件

11、在管理节点初始化 mon 节点

cd /etc/ceph
ceph-deploy mon create node01 node02 node03	
#创建 mon 节点,由于 monitor 使用 Paxos 算法,其高可用集群节点数量要求为大于等于 3 的奇数台
 
ceph-deploy --overwrite-conf mon create-initial
#配置初始化 mon 节点,并向所有节点同步配置
 
ceph-deploy gatherkeys node01    #可选操作,向 node01 节点收集所有密钥
 
#命令执行成功后会在 /etc/ceph 下生成配置文件
ls /etc/ceph
ceph.bootstrap-mds.keyring			#引导启动 mds 的密钥文件
ceph.bootstrap-mgr.keyring			#引导启动 mgr 的密钥文件
ceph.bootstrap-osd.keyring			#引导启动 osd 的密钥文件
ceph.bootstrap-rgw.keyring			#引导启动 rgw 的密钥文件
ceph.client.admin.keyring			#ceph客户端和管理端通信的认证密钥,拥有ceph集群的所有权限
ceph.conf
ceph-deploy-ceph.log
ceph.mon.keyring

12、在管理节点查看 Ceph 集群状态

#在管理节点查看 Ceph 集群状态
cd /etc/ceph
ceph -s
 
#查看 mon 集群选举的情况
ceph quorum_status --format json-pretty | grep leader

13、部署能够管理 Ceph 集群的节点(可选)

ceph-deploy --overwrite-conf config push node01 node02 node03
#向所有 mon 节点同步配置,确保所有 mon 节点上的 ceph.conf 内容必须一致
 
ceph-deploy admin node01 node02 node03
#本质就是把 ceph.client.admin.keyring 集群认证文件拷贝到各个节点

14、在每个mon节点上添加三块硬盘,且不要分区,直接使用

15、部署 osd 存储节点(node01,node02,node03)

#刷新硬盘
echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host0/scan
echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host1/scan
echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host2/scan
 
lsblk    #查看所有硬盘

#如果是利旧的硬盘,则需要先擦净(删除分区表)磁盘(可选,无数据的新硬盘可不做)
#node01
cd /etc/ceph
ceph-deploy disk zap node01 /dev/sdb
ceph-deploy disk zap node01 /dev/sdc
ceph-deploy disk zap node01 /dev/sdd
 
#node02
cd /etc/ceph
ceph-deploy disk zap node02 /dev/sdb
ceph-deploy disk zap node02 /dev/sdc
ceph-deploy disk zap node02 /dev/sdd
 
#node03
cd /etc/ceph
ceph-deploy disk zap node03 /dev/sdb
ceph-deploy disk zap node03 /dev/sdc
ceph-deploy disk zap node03 /dev/sdd

因为,我添加的硬盘属于新盘,所以该步骤不用做

16、添加 osd 节点(admin上操作)

ceph-deploy --overwrite-conf osd create node01 --data /dev/sdb
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node01 --data /dev/sdc
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node01 --data /dev/sdd
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node02 --data /dev/sdb
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node02 --data /dev/sdc
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node02 --data /dev/sdd
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node03 --data /dev/sdb
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node03 --data /dev/sdc
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node03 --data /dev/sdd
 
#通过查看 ceph 集群状态,验证上方OSD节点添加是否成功
ceph -s
 
ceph osd stat
ceph osd tree
rados df
ssh root@node01 systemctl status ceph-osd@0
ssh root@node02 systemctl status ceph-osd@1
ssh root@node03 systemctl status ceph-osd@2

17、部署 mgr 节点(admin上操作)

cd /etc/ceph
ceph-deploy mgr create node01 node02
 
ceph -s
 
#扩容 mgr 节点
ceph-deploy mgr create <节点名称>
ceph-deploy mgr create node03

18、开启监控模块(在node01,node02,node03上开启)

#在 ceph-mgr Active节点执行命令开启
ceph -s | grep mgr
 
yum install -y ceph-mgr-dashboard
 
cd /etc/ceph
 
ceph mgr module ls | grep dashboard

#开启 dashboard 模块
ceph mgr module enable dashboard --force
 
#禁用 dashboard 的 ssl 功能
ceph config set mgr mgr/dashboard/ssl false
 
#配置 dashboard 监听的地址和端口
ceph config set mgr mgr/dashboard/server_addr 0.0.0.0
ceph config set mgr mgr/dashboard/server_port 8000
 
#重启 dashboard
ceph mgr module disable dashboard
ceph mgr module enable dashboard --force
 
#确认访问 dashboard 的 url
ceph mgr services
 
#设置 dashboard 账户以及密码
echo "12345678" > dashboard_passwd.txt
ceph dashboard set-login-credentials admin -i dashboard_passwd.txt
  或
ceph dashboard ac-user-create admin administrator -i dashboard_passwd.txt

19、浏览器访问

http://192.168.3.101:8080
账号密码为 admin/12345678

资源池 Pool 管理

上面我们已经完成了 Ceph 集群的部署,但是我们如何向 Ceph 中存储数据呢?首先我们需要在 Ceph 中定义一个 Pool 资源池。Pool 是 Ceph 中存储 Object 对象抽象概念。我们可以将其理解为 Ceph 存储上划分的逻辑分区,Pool 由多个 PG 组成;而 PG 通过 CRUSH 算法映射到不同的 OSD 上;同时 Pool 可以设置副本 size 大小,默认副本数量为 3。

Ceph 客户端向 monitor 请求集群的状态,并向 Pool 中写入数据,数据根据 PGs 的数量,通过 CRUSH 算法将其映射到不同的 OSD 节点上,实现数据的存储。 这里我们可以把 Pool 理解为存储 Object 数据的逻辑单元;当然,当前集群没有资源池,因此需要进行定义。

1、创建一个 Pool 资源池

其名字为 mypool,PGs 数量设置为 64,设置 PGs 的同时还需要设置 PGP(通常PGs和PGP的值是相同的)

cd /etc/ceph
ceph osd pool create mypool 64 64
 
#查看集群 Pool 信息
ceph osd pool ls    或    rados lspools
ceph osd lspools
 
#查看资源池副本的数量
ceph osd pool get mypool size
 
#查看 PG 和 PGP 数量
ceph osd pool get mypool pg_num
ceph osd pool get mypool pgp_num
 
#修改 pg_num 和 pgp_num 的数量为 128
ceph osd pool set mypool pg_num 128
ceph osd pool set mypool pgp_num 128
 
ceph osd pool get mypool pg_num
ceph osd pool get mypool pgp_num
 
#修改 Pool 副本数量为 2
ceph osd pool set mypool size 2
 
ceph osd pool get mypool size
 
#修改默认副本数为 2
vim ceph.conf
......
osd_pool_default_size = 2
 
ceph-deploy --overwrite-conf config push node01 node02 node03

2、删除Pool资源池

#删除存储池命令存在数据丢失的风险,Ceph 默认禁止此类操作,需要管理员先在 ceph.conf 配置文件中开启支持删除存储池的操作
vim ceph.conf
......
[mon]
mon_allow_pool_delete = true
 
#推送 ceph.conf 配置文件给所有 mon 节点
ceph-deploy --overwrite-conf config push node01 node02 node03
 
#所有 mon 节点重启 ceph-mon 服务
systemctl restart ceph-mon.target
 
#执行删除 Pool 命令
ceph osd pool rm pool01 pool01 --yes-i-really-really-mean-it




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