Ceph分布式文件系统

什么是分布式文件系统

• 分布式文件系统(Distributed File System)是指文件系统管理的物理存储资源不一定直接连接在本地节点上，而是通过计算机网络与节点相连
• 分布式文件系统的设计基于客户机/服务器模式

常用的分布式文件系统：Lustre、Hadoop、FastDFS、Ceph、GlusterFS

什么是Ceph

• Ceph是一个分布式文件系统
• 具有高扩展、高可用、高性能的特点
• Ceph可以提供对象存储、块存储、文件系统存储
• Ceph可以提供EB级别的存储空间（EB->PB->TB->GB）
• 软件定义存储(Software Defined Storage)作为存储行业的一大发展趋势，已经越来越受到市场的认可

Ceph组件

• OSDs:存储设备
• Monitors:集群监控组件
• RBD：对象存储网关
• MDSs:存放文件系统的元数据（对象存储和块存储不需要该组件）
• Client:ceph客户端

准备四台虚拟机，其三台作为存储集群节点，一台安装为客户端，实现如下功能：
创建1台客户端虚拟机
创建3台存储集群虚拟机
配置主机名、IP地址、YUM源
修改所有主机的主机名
配置无密码SSH连接
配置NTP时间同步
创建虚拟机磁盘

拓扑结构如图。

一：安装前准备

（1）物理机为所有节点配置yum源服务器。

[root@room9pc01 ~]# yum -y install vsftpd
[root@room9pc01 ~]# mkdir  /var/ftp/ceph
[root@room9pc01 ~]# mount -o loop \
rhcs2.0-rhosp9-20161113-x86_64.iso  /var/ftp/ceph
[root@room9pc01 ~]# systemctl  restart  vsftpd

（2）修改所有节点都需要配置YUM源（这里仅以node1为例）。

[root@node1 ~]# cat /etc/yum.repos.d/ceph.repo
[mon]
name=mon
baseurl=ftp://192.168.4.254/ceph/rhceph-2.0-rhel-7-x86_64/MON
gpgcheck=0
[osd]
name=osd
baseurl=ftp://192.168.4.254/ceph/rhceph-2.0-rhel-7-x86_64/OSD
gpgcheck=0
[tools]
name=tools
baseurl=ftp://192.168.4.254/ceph/rhceph-2.0-rhel-7-x86_64/Tools
gpgcheck=0

注:高版本的系统需要安装epel镜像,作为yum的补充镜像,可以提前安装好
wget -O /etc/yum.repos.d/epel.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/epel-7.repo
（3）修改/etc/hosts并同步到所有主机。
警告：/etc/hosts解析的域名必须与本机主机名一致！！！！

 [root@node1 ~]# cat /etc/hosts
... ...
192.168.4.10  client
192.168.4.11     node1
192.168.4.12     node2
192.168.4.13     node3
警告：/etc/hosts解析的域名必须与本机主机名一致！！！！
[root@node1 ~]# for i in 10 11  12  13
> do
> scp  /etc/hosts  192.168.4.$i:/etc/
> done
[root@node1 ~]# for i in  10 11  12  13
> do
> scp  /etc/yum.repos.d/ceph.repo  192.168.4.$i:/etc/yum.repos.d/
> done

（4）配置无密码连接(包括自己远程自己也不需要密码)。

[root@node1 ~]# ssh-keygen   -f /root/.ssh/id_rsa    -N ''
[root@node1 ~]# for i in 10  11  12  13
> do
> ssh-copy-id  192.168.4.$i
> done

二：配置NTP时间同步

（1）真实物理机创建NTP服务器。

[root@room9pc01 ~]#  yum -y install chrony
[root@client ~]#  cat /etc/chrony.conf
server 0.centos.pool.ntp.org iburst
allow 192.168.4.0/24
local stratum 10
[root@room9pc01 ~]# systemctl  restart  chronyd
如果有防火墙规则，需要清空所有规则
[root@room9pc01 ~]# iptables -F

（2）其他所有节点与NTP服务器同步时间（以node1为例）。

[root@node1 ~]#  cat /etc/chrony.conf
server 192.168.4.254   iburst
[root@node1 ~]# systemctl  restart  chronyd

三：准备存储磁盘

（1）物理机上为每个虚拟机准备3块磁盘。（可以使用命令，也可以使用图形直接添加）

 [root@room9pc01 ~]# virt-manager

部署ceph集群

• 安装部署工具ceph-deploy
• 创建ceph集群
• 准备日志磁盘分区
• 创建OSD存储空间
• 查看ceph状态，验证

一：部署软件

（1）在node1安装部署工具。

[root@node1 ~]#  yum -y install ceph-deploy
[root@node1 ~]#  ceph-deploy  --help

（2）创建目录

[root@node1 ~]#  mkdir ceph-cluster
[root@node1 ~]#  cd ceph-cluster/

二：部署Ceph集群

（1）创建Ceph集群配置。
注:这个是初始化创建Mon节点的,如果实际应用中,mon跟osd在不同的机器上
则这里初始化的是单独的Mon节点(mon1,mon2,mon3…)

[root@node1 ceph-cluster]# ceph-deploy new node1 node2 node3

（2）给所有节点安装软件包(所有节点,mon,osd)。

[root@node1 ceph-cluster]# ceph-deploy install node1 node2 node3

（3）初始化所有节点的mon服务（主机名解析必须对）

[root@node1 ceph-cluster]# ceph-deploy mon create-initial

常见错误及解决方法（非必要操作，有错误可以参考）：

• 如果提示如下错误信息：
  [node1][ERROR ] admin_socket: exception getting command descriptions: [Error 2] No such file or directory

解决方案如下（在node1操作）：
先检查自己的命令是否是在ceph-cluster目录下执行的！！！！如果时确认是在该目录下执行的create-initial命令，依然保存，可以使用如下方式修复。

[root@node1 ceph-cluster]# vim ceph.conf      #文件最后追加以下内容
public_network = 192.168.4.0/24
修改后重新推送配置文件:
[root@node1 ceph-cluster]# ceph-deploy --overwrite-conf config push node1 node2 node3

• 如果提示报错:
  Failed to execute command: ceph-mon --cluster ceph --mkfs -i mon3 --keyring /var/lib/ceph/tmp/ceph-mon3.mon.keyring --setuser 167 --setgroup 167
  解决方案
  直接在该主机(mon3)上执行下
  ceph-mon --cluster ceph --mkfs -i mon3 --keyring /var/lib/ceph/tmp/ceph-mon3.mon.keyring --setuser 167 --setgroup 167
  然后再尝试
  ceph-deploy mon create-initial

三：创建OSD

（1）准备磁盘分区（node1、node2、node3都做相同操作）

[root@node1 ceph-cluster]#  parted  /dev/vdb  mklabel  gpt
[root@node1 ceph-cluster]#  parted  /dev/vdb  mkpart primary  1M  50%
[root@node1 ceph-cluster]#  parted  /dev/vdb  mkpart primary  50%  100%
[root@node1 ceph-cluster]# chown  ceph.ceph  /dev/vdb1
[root@node1 ceph-cluster]# chown  ceph.ceph  /dev/vdb2
//这两个分区用来做存储服务器的日志journal盘，生产环境中，vdb的必须使用固态盘
[root@node1 ceph-cluster]# vim /etc/udev/rules.d/70-vdb.rules
ENV{DEVNAME}=="/dev/vdb1",OWNER="ceph",GROUP="ceph"
ENV{DEVNAME}=="/dev/vdb2",OWNER="ceph",GROUP="ceph"

（2）初始化清空磁盘数据（仅node1操作即可）

[root@node1 ceph-cluster]# ceph-deploy disk  zap  node1:vdc   node1:vdd    
[root@node1 ceph-cluster]# ceph-deploy disk  zap  node2:vdc   node2:vdd
[root@node1 ceph-cluster]# ceph-deploy disk  zap  node3:vdc   node3:vdd   

（3）创建OSD存储空间（仅node1操作即可）

[root@node1 ceph-cluster]# ceph-deploy osd create \
 node1:vdc:/dev/vdb1 node1:vdd:/dev/vdb2  
//创建osd存储设备，vdc为集群提供存储空间，vdb1提供JOURNAL缓存，
//一个存储设备对应一个缓存设备，缓存需要SSD，不需要很大
[root@node1 ceph-cluster]# ceph-deploy osd create \
 node2:vdc:/dev/vdb1 node2:vdd:/dev/vdb2
[root@node1 ceph-cluster]# ceph-deploy osd create \
 node3:vdc:/dev/vdb1 node3:vdd:/dev/vdb2 

（4）常见错误（非必须操作）
使用osd create创建OSD存储空间时，如提示run ‘gatherkeys’，可以使用如下命令修复：

[root@node1 ceph-cluster]#  ceph-deploy gatherkeys node1 node2 node3 

四：验证测试

（1） 查看集群状态

[root@node1 ~]#  ceph  -s

（2）常见错误（非必须操作）
如果查看状态包含如下信息：

health: HEALTH_WARN
clock skew detected on  node2, node3…  

clock skew表示时间不同步，解决办法：请先将所有主机的时间都使用NTP时间同步！！！

Ceph要求所有主机时差不能超过0.05s，否则就会提示WARN，如果使用NTP还不能精确同步时间，可以手动修改所有主机的ceph.conf，在[MON]下面添加如下一行：
mon clock drift allowed = 1
如果状态还是失败，可以尝试执行如下命令，重启ceph服务：
[root@node1 ~]# systemctl restart ceph\*.service ceph\*.target

创建Ceph块存储

使用Ceph集群的块存储功能，实现以下目标：

• 创建块存储镜像
• 客户端映射镜像
• 创建镜像快照
• 使用快照还原数据
• 使用快照克隆镜像
• 删除快照与镜像

一：创建镜像

（1）查看存储池。

[root@node1 ~]# ceph osd lspools
0 rbd,

（2）创建镜像、查看镜像

[root@node1 ~]# rbd create demo-image --image-feature  layering --size 10G
[root@node1 ~]# rbd create rbd/image --image-feature  layering --size 10G
[root@node1 ~]# rbd list
[root@node1 ~]# rbd info demo-image
rbd image 'demo-image':
    size 10240 MB in 2560 objects
    order 22 (4096 kB objects)
    block_name_prefix: rbd_data.d3aa2ae8944a
    format: 2
    features: layering

二：动态调整

（1）缩小容量
[root@node1 ~]# rbd resize --size 7G image --allow-shrink
[root@node1 ~]# rbd info image

（2）扩容容量

[root@node1 ~]# rbd resize --size 15G image
[root@node1 ~]# rbd info image

三：通过KRBD访问

（1）集群内将镜像映射为本地磁盘

[root@node1 ~]# rbd map demo-image
/dev/rbd0
[root@node1 ~]# lsblk
… …
rbd0          251:0    0   10G  0 disk
[root@node1 ~]# mkfs.xfs /dev/rbd0
[root@node1 ~]# mount  /dev/rbd0  /mnt

（2）客户端通过KRBD访问
#客户端需要安装ceph-common软件包
#拷贝配置文件（否则不知道集群在哪）
#拷贝连接密钥（否则无连接权限）

[root@client ~]# yum -y  install ceph-common
[root@client ~]# scp 192.168.4.11:/etc/ceph/ceph.conf  /etc/ceph/
[root@client ~]# scp 192.168.4.11:/etc/ceph/ceph.client.admin.keyring \
/etc/ceph/
[root@client ~]# rbd map image
[root@client ~]#  lsblk
[root@client ~]# rbd showmapped
id pool image snap device    
0  rbd  image -    /dev/rbd0

（3） 客户端格式化、挂载分区

[root@client ~]# mkfs.xfs /dev/rbd0
[root@client ~]# mount /dev/rbd0 /mnt/
[root@client ~]# echo "test" > /mnt/test.txt

四：创建镜像快照

（1）查看镜像快照

 [root@node1 ~]# rbd snap ls image

（2）创建镜像快照

[root@node1 ~]# rbd snap create image --snap image-snap1
[root@node1 ~]# rbd snap ls image
SNAPID NAME            SIZE 
     4 image-snap1 15360 MB

（3） 删除客户端写入的测试文件

[root@client ~]# rm  -rf   /mnt/test.txt

（4） 还原快照

[root@client ~]# umount  /mnt         #客户端取消挂载
[root@node1 ~]# rbd snap rollback image --snap image-snap1
#客户端重新挂载分区
[root@client ~]# mount /dev/rbd0 /mnt/
[root@client ~]# ls  /mnt

四：创建快照克隆

（1）克隆快照

[root@node1 ~]#  rbd snap protect image --snap image-snap1
[root@node1 ~]#  rbd snap rm image --snap image-snap1    //会失败
[root@node1 ~]# rbd clone \
image --snap image-snap1 image-clone --image-feature layering
//使用image的快照image-snap1克隆一个新的image-clone镜像

（2）查看克隆镜像与父镜像快照的关系

[root@node1 ~]#  rbd info image-clone
rbd image 'image-clone':
    size 15360 MB in 3840 objects
    order 22 (4096 kB objects)
    block_name_prefix: rbd_data.d3f53d1b58ba
    format: 2
    features: layering
    flags: 
    parent: rbd/image@image-snap1
#克隆镜像很多数据都来自于快照链
#如果希望克隆镜像可以独立工作，就需要将父快照中的数据，全部拷贝一份，但比较耗时！！！
[root@node1 ~]#  rbd flatten image-clone
[root@node1 ~]#  rbd info image-clone
rbd image 'image-clone':
    size 15360 MB in 3840 objects
    order 22 (4096 kB objects)
    block_name_prefix: rbd_data.d3f53d1b58ba
    format: 2
    features: layering
    flags: 
#注意，父快照信息没了！

五：其他操作

（1） 客户端撤销磁盘映射

[root@client ~]# umount /mnt
[root@client ~]# rbd showmapped
id pool image        snap device    
0  rbd  image        -    /dev/rbd0
//语法格式:
[root@client ~]# rbd unmap /dev/rbd0

（2）删除快照与镜像

[root@node1 ~]# rbd snap rm image --snap image-snap
[root@node1 ~]# rbd  list
[root@node1 ~]# rbd  rm  image

块存储应用案例

延续以上实验内容，演示块存储在KVM虚拟化中的应用案例，实现以下功能：
Ceph创建块存储镜像
客户端安装部署ceph软件
客户端部署虚拟机
客户端创建secret
设置虚拟机配置文件，调用ceph存储

使用Ceph存储创建镜像。
KVM虚拟机调用Ceph镜像作为虚拟机的磁盘。

（1）创建磁盘镜像

[root@node1 ~]# rbd create vm1-image --image-feature  layering --size 10G
[root@node1 ~]# rbd create vm2-image --image-feature  layering --size 10G
[root@node1 ~]# rbd  list
[root@node1 ~]# rbd  info  vm1-image
[root@node1 ~]# qemu-img  info  rbd:rbd/vm1-image
image: rbd:rbd/vm1-image
file format: raw
virtual size: 10G (10737418240 bytes)
disk size: unavailable

（2）Ceph认证账户

Ceph默认开启用户认证，客户端需要账户才可以访问，
默认账户名称为client.admin，key是账户的密钥，
可以使用ceph auth添加新账户（案例我们使用默认账户）。

[root@node1 ~]# cat /etc/ceph/ceph.conf          //配置文件 
[global]
mon_initial_members = node1, node2, node3
mon_host = 192.168.2.10,192.168.2.20,192.168.2.30
auth_cluster_required = cephx                                   //开启认证
auth_service_required = cephx                           //开启认证
auth_client_required = cephx                             //开启认证
[root@node1 ~]# cat /etc/ceph/ceph.client.admin.keyring    //账户文件
[client.admin]
    key = AQBTsdRapUxBKRAANXtteNUyoEmQHveb75bISg==
    

（3）部署客户端环境

注意：这里使用真实机当客户端！！！
客户端需要安装ceph-common软件包，拷贝配置文件（否则不知道集群在哪），
拷贝连接密钥（否则无连接权限）。

[root@room9pc01 ~]# yum -y  install ceph-common
[root@room9pc01 ~]# scp 192.168.4.11:/etc/ceph/ceph.conf  /etc/ceph/
[root@room9pc01 ~]# scp 192.168.4.11:/etc/ceph/ceph.client.admin.keyring \
/etc/ceph/

（4）创建KVM虚拟机

使用virt-manager创建2台普通的KVM虚拟机。

（5）配置libvirt secret

编写账户信息文件（真实机操作）

[root@room9pc01 ~]# vim secret.xml            //新建临时文件，内容如下 

        
                client.admin secret
        

使用XML配置文件创建secret

[root@room9pc01 ~]# virsh secret-define --file secret.xml
733f0fd1-e3d6-4c25-a69f-6681fc19802b       

//随机的UUID，这个UUID对应的有账户信息
写账户信息文件（真实机操作）

[root@room9pc01 ~]# cat /etc/ceph/ceph.client.admin.keyring
设置secret，添加账户的密钥
[root@room9pc01] virsh secret-set-value \
--secret 733f0fd1-e3d6-4c25-a69f-6681fc19802b \
--base64 AQBTsdRapUxBKRAANXtteNUyoEmQHveb75bISg
//这里secret后面是之前创建的secret的UUID
//base64后面是client.admin账户的密码
//现在secret中既有账户信息又有密钥信息

（6）虚拟机的XML配置文件

每个虚拟机都会有一个XML配置文件，包括：
虚拟机的名称、内存、CPU、磁盘、网卡等信息

[root@room9pc01 ~]# vim /etc/libvirt/qemu/vm1.xml
//修改前内容如下

      
      
      
      

    
不推荐直接使用vim修改配置文件，推荐使用virsh edit修改配置文件，效果如下：
[root@room9pc01] virsh edit vm1           //vm1为虚拟机名称

      
       
      
      
                     
    
      

    

Ceph文件系统

延续前面的实验，实现Ceph文件系统的功能。具体实现有以下功能：
部署MDSs节点
创建Ceph文件系统
客户端挂载文件系统

添加一台虚拟机，部署MDS节点。
主机的主机名及对应的IP地址如表所示。

实现此案例需要按照如下步骤进行。

（1）添加一台新的虚拟机，要求如下：

IP地址:192.168.4.14
主机名:node4
配置yum源（包括rhel、ceph的源）
与Client主机同步时间
node1允许无密码远程node4

（2）部署元数据服务器

登陆node4，安装ceph-mds软件包

[root@node4 ~]# yum -y install ceph-mds 

登陆node1部署节点操作

[root@node1 ~]# cd  /root/ceph-cluster

//该目录，是最早部署ceph集群时，创建的目录

[root@node1 ceph-cluster]# ceph-deploy mds create node4

给nod4拷贝配置文件，启动mds服务
同步配置文件和key

[root@node1 ceph-cluster]# ceph-deploy admin node4

（3）创建存储池

[root@node4 ~]# ceph osd pool create cephfs_data 128

创建存储池，对应128个PG

[root@node4 ~]# ceph osd pool create cephfs_metadata 128

创建存储池，对应128个PG

（5）创建Ceph文件系统

[root@node4 ~]# ceph mds stat                     //查看mds状态
e2:, 1 up:standby
[root@node4 ~]# ceph fs new myfs1 cephfs_metadata cephfs_data
new fs with metadata pool 2 and data pool 1

注意，现写medadata池，再写data池
默认，只能创建1个文件系统，多余的会报错

[root@node4 ~]# ceph fs ls
name: myfs1, metadata pool: cephfs_metadata, data pools: [cephfs_data ]
[root@node4 ~]# ceph mds stat
e4: 1/1/1 up {0=node4=up:creating}

（6）客户端挂载

[root@client ~]# mount -t ceph 192.168.4.11:6789:/  /mnt/cephfs/ \
-o name=admin,secret=AQBTsdRapUxBKRAANXtteNUyoEmQHveb75bISg==

注意:文件系统类型为ceph
192.168.4.11为MON节点的IP（不是MDS节点）
admin是用户名,secret是密钥
密钥可以在/etc/ceph/ceph.client.admin.keyring中找到

创建对象存储服务器

延续前面的实验，实现Ceph对象存储的功能。具体实现有以下功能：
安装部署Rados Gateway
启动RGW服务
设置RGW的前端服务与端口
客户端测试

一：部署对象存储服务器

（1）准备实验环境，要求如下：
IP地址:192.168.4.15
主机名:node5
配置yum源（包括rhel、ceph的源）
与Client主机同步时间
node1允许无密码远程node5
修改node1的/etc/hosts，并同步到所有node主机
（2）部署RGW软件包

[root@node1 ~]# ceph-deploy install --rgw node5
同步配置文件与密钥到node5
[root@node1 ~]# cd /root/ceph-cluster
[root@node1 ~]# ceph-deploy admin node5

（3）新建网关实例
启动一个rgw服务

[root@node1 ~]# ceph-deploy rgw create node5

登陆node5验证服务是否启动

[root@node5 ~]# ps aux |grep radosgw
ceph      4109  0.2  1.4 2289196 14972 ?       Ssl  22:53   0:00 /usr/bin/radosgw -f --cluster ceph --name client.rgw.node4 --setuser ceph --setgroup ceph
[root@node5 ~]# systemctl  status ceph-radosgw@\*

（4）修改服务端口
登陆node5，RGW默认服务端口为7480，修改为8000或80更方便客户端记忆和使用

[root@node5 ~]#  vim  /etc/ceph/ceph.conf
[client.rgw.node5]
host = node5
rgw_frontends = "civetweb port=8000"

//node5为主机名
//civetweb是RGW内置的一个web服务

二：客户端测试

（1）curl测试

[root@client ~]# curl  192.168.4.15:8000
anonymous

（2）使用第三方软件访问
登陆node5（RGW）创建账户

[root@node5 ~]#  radosgw-admin user create \
--uid="testuser" --display-name="First User"
… …
"keys": [
        {
            "user": "testuser",
            "access_key": "5E42OEGB1M95Y49IBG7B",
            "secret_key": "i8YtM8cs7QDCK3rTRopb0TTPBFJVXdEryRbeLGK6"
        }
    ],
... ...
#
[root@node5 ~]# radosgw-admin user info --uid=testuser
//testuser为用户，key是账户访问密钥

（3）客户端安装软件

[root@client ~]#  yum install s3cmd-2.0.1-1.el7.noarch.rpm

修改软件配置（注意，除了下面设置的内容，其他提示都默认回车）

[root@client ~]#  s3cmd --configure
Access Key: 5E42OEGB1M95Y49IBG7BSecret Key: i8YtM8cs7QDCK3rTRopb0TTPBFJVXdEryRbeLGK6
S3 Endpoint [s3.amazonaws.com]: 192.168.4.15:8000
[%(bucket)s.s3.amazonaws.com]: %(bucket)s.192.168.4.15:8000
Use HTTPS protocol [Yes]: No
Test access with supplied credentials? [Y/n] n
Save settings? [y/N] y
//注意，其他提示都默认回车

（4）创建存储数据的bucket（类似于存储数据的目录）

[root@client ~]# s3cmd ls
[root@client ~]# s3cmd mb s3://my_bucket
Bucket 's3://my_bucket/' created
[root@client ~]# s3cmd ls
2018-05-09 08:14 s3://my_bucket
[root@client ~]# s3cmd put /var/log/messages s3://my_bucket/log/
[root@client ~]# s3cmd ls
2018-05-09 08:14 s3://my_bucket
[root@client ~]# s3cmd ls s3://my_bucket
DIR s3://my_bucket/log/
[root@client ~]# s3cmd ls s3://my_bucket/log/
2018-05-09 08:19 309034 s3://my_bucket/log/messages 

测试下载功能

[root@client ~]# s3cmd get s3://my_bucket/log/messages /tmp/

测试删除功能

[root@client ~]# s3cmd del s3://my_bucket/log/messages