分布式应用之存储（Ceph)
分布式应用之存储（Ceph)
一、数据存储类型
| 存储类型 | 说明 | 典型代表 |
|---|---|---|
| 块存储 | 一对一，只能被一个主机挂载使用数据以块为单位进行存储 | 硬盘 |
| 文件存储 | 一对多，能同时被多个主机挂载/传输使用，数据以文件的形式存储（元数据和实际数据是分开），并且有目录层级关 | NFS |
| 对象存储 | 一对多，能被多个主机/应用通过API接口访问使用，数据以文件的形式存储（元数据和实际数据是存储在一起），一个文件即一个对象；文件时扁平化的方式存储，没有目录层级关系。 | OSS S3 |
二、Ceph
1.概念
分布式存储系统，具有高性能、高可用性、高扩展性等特点，还集块存储/文件存储/对象存储等存储功能于一身。
2.ceph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（从下往上）
客户端（主机/虚拟机/容器/应用程序）：使用存储的读写数据的终端
LibRADOS对象访问接口：提供存储接口给客户端使用的，Ceph默认提供三个接口：RBD块存储接口、CephFS文件存储接口、RGW对象存储接口。还支持用户使用JAVA/Python/C等编程语言二次开发自定义的接口
RADOS基础存储系统（统一存储池）：提供存储能力的。Ceph中一切都是以对象形式存储，RADOS就是负责存储这些对象的，并保证数据的一致性和可靠性。
4.Ceph核心组件
| 组件 | 说明 |
|---|---|
| OSD | 负责存储数据，一般一个磁盘对应一个OSD，响应客户端的读写请求 |
| Monitor(mon) | Ceph监视器，负责保存OSD的元数据，维护Ceph集群状态的各种图表视图（监控全局状态），管理客户端的认证于授权 |
| Manger(mgr) | 负责跟踪集群状态和监控指标，暴露接口给监控软件获取监控指标数据 |
| MDS | 负责保存CpehFS文件系统的元数据，仅在使用CephFS接口功能的时候使用 |
| PG | 可理解成保存OSD位置的索引，一个PG可以包含多个数据对象，一个数据对象只能属于一个PG |
| Pool | 数据池，可理解成一个命名空间，一个Pool里包含多个PG。不同Pool的PG可以重名 |
5.Ceph存储过程
1）文件默认会被按照4M大小进行分片成一个或多个数据对象(object)
2）每个object都有一个oid（由文件ID(ino)和分片编号(ono)组成），通过对oid使用hash算法得到一个16进制的数值，再除以Pool里的PG总数取余，得到object的pgid(Pood_ID+pgid)
3）通过对pgid使用CRUSH算法得到PG对应的OSD的ID（如有多副本，则是主从的OSD的ID）
4）将object的数据存储到对应的OSD上
三、部署Ceph架构
1.实验架构
| 主机名 | Public网络 | Cluster网络 | 角色 |
|---|---|---|---|
| admin | 192.168.111.10 | admin（管理节点负责集群整体部署）、client | |
| node01 | 192.168.111.20 | 192.168.100.20 | mon、mgr、osd（/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd） |
| node02 | 192.168.111.30 | 192.168.100.30 | mon、mgr、osd（/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd） |
| node03 | 192.168.111.40 | 192.168.100.40 | mon、osd（/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd） |
| client | 192.168.111.50 | client |
2.步骤
①每台主机初始化配置
1、关闭 selinux 与防火墙
systemctl disable --now firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config
2、根据规划设置主机名
hostnamectl set-hostname admin
hostnamectl set-hostname node01
hostnamectl set-hostname node02
hostnamectl set-hostname node03
hostnamectl set-hostname client
3、配置 hosts 解析
cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.111.10 admin
192.168.111.20 node01
192.168.111.30 node02
192.168.111.40 node03
192.168.111.50 client
EOF
4、安装常用软件和依赖包
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
5、在 admin 管理节点配置 ssh 免密登录所有节点
ssh-keygen -t rsa -P '' -f ~/.ssh/id_rsa
sshpass -p '123' ssh-copy-id -o StrictHostKeyChecking=no root@admin
sshpass -p '123' ssh-copy-id -o StrictHostKeyChecking=no root@node01
sshpass -p '123' ssh-copy-id -o StrictHostKeyChecking=no root@node02
sshpass -p '123' ssh-copy-id -o StrictHostKeyChecking=no root@node03
6、配置时间同步
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
7、配置 Ceph yum源
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
8、执行完上面所有的操作之后重启所有主机（可选）
sync
reboot
②部署ceph集群
生成配置文件
1、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
2、安装 ceph-deploy 部署工具
cd /etc/ceph
yum install -y ceph-deploy
ceph-deploy --version
3、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
#ceph-deploy install 本质就是在执行下面的命令：
yum clean all
yum -y install epel-release
yum -y install yum-plugin-priorities
yum -y install ceph-release ceph ceph-radosgw
#也可采用手动安装 Ceph 包方式，在其它节点上执行下面的命令将 Ceph 的安装包都部署上：
sed -i 's#download.ceph.com#mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ceph#' /etc/yum.repos.d/ceph.repo
yum install -y ceph-mon ceph-radosgw ceph-mds ceph-mgr ceph-osd ceph-common ceph
4、生成初始配置
#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 192.168.111.0/24 --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
初始化mon节点
5、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
# --overwrite-conf 参数用于表示强制覆盖配置文件
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
#在 mon 节点上查看自动开启的 mon 进程
ps aux | grep ceph
root 1823 0.0 0.2 189264 9216 ? Ss 19:46 0:00 /usr/bin/python2.7 /usr/bin/ceph-crash
ceph 3228 0.0 0.8 501244 33420 ? Ssl 21:08 0:00 /usr/bin/ceph-mon -f --cluster ceph --id node03 --setuser ceph --setgroupceph
root 3578 0.0 0.0 112824 988 pts/1 R+ 21:24 0:00 grep --color=auto ceph
#在管理节点查看 Ceph 集群状态
cd /etc/ceph
ceph -s
cluster:
id: 7e9848bb-909c-43fa-b36c-5805ffbbeb39
health: HEALTH_WARN
mons are allowing insecure global_id reclaim
services:
mon: 3 daemons, quorum node01,node02,node03
mgr: no daemons active
osd: 0 osds: 0 up, 0 in
data:
pools: 0 pools, 0 pgs
objects: 0 objects, 0 B
usage: 0 B used, 0 B / 0 B avail
pgs:
#查看 mon 集群选举的情况
ceph quorum_status --format json-pretty | grep leader
"quorum_leader_name": "node01",
#扩容 mon 节点
ceph-deploy mon add <节点名称>
6、部署能够管理 Ceph 集群的节点（可选）
#可实现在各个节点执行 ceph 命令管理集群
cd /etc/ceph
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
#在 mon 节点上查看
ls /etc/ceph
ceph.client.admin.keyring ceph.conf rbdmap tmpr8tzyc
cd /etc/ceph
ceph -s
部署 osd 存储节点
#主机添加完硬盘后不要分区，直接使用
lsblk
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda 8:0 0 60G 0 disk
├─sda1 8:1 0 500M 0 part /boot
├─sda2 8:2 0 4G 0 part [SWAP]
└─sda3 8:3 0 55.5G 0 part /
sdb 8:16 0 20G 0 disk
sdc 8:32 0 20G 0 disk
sdd 8:48 0 20G 0 disk
#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）
cd /etc/ceph
ceph-deploy disk zap node01 /dev/sdb
ceph-deploy disk zap node02 /dev/sdb
ceph-deploy disk zap node03 /dev/sdb
#在管理节点上，添加 osd 节点
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node01 --data /dev/sdb
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node02 --data /dev/sdb
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node03 --data /dev/sdb
#查看 ceph 集群状态
ceph -s
cluster:
id: 7e9848bb-909c-43fa-b36c-5805ffbbeb39
health: HEALTH_WARN
no avtive mgr
services:
mon: 3 daemons, quorum node01,node02,node03 (age 119m)
mgr: no daemons active
osd: 3 osds: 3 up (since 35s), 3 in (since 35s)
data:
pools: 0 pools, 0 pgs
objects: 0 objects, 0 B
usage: 3.0 GiB used, 57 GiB / 60 GiB avail
pgs:
查看osd状态
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
ceph osd status #查看 osd 状态，需部署 mgr 后才能执行
+----+--------+-------+-------+--------+---------+--------+---------+-----------+
| id | host | used | avail | wr ops | wr data | rd ops | rd data | state |
+----+--------+-------+-------+--------+---------+--------+---------+-----------+
| 0 | node01 | 1025M | 18.9G | 0 | 0 | 0 | 0 | exists,up |
| 1 | node02 | 1025M | 18.9G | 0 | 0 | 0 | 0 | exists,up |
| 2 | node03 | 1025M | 18.9G | 0 | 0 | 0 | 0 | exists,up |
+----+--------+-------+-------+--------+---------+--------+---------+-----------+
ceph osd df #查看 osd 容量，需部署 mgr 后才能执行
ID CLASS WEIGHT REWEIGHT SIZE RAW USE DATA OMAP META AVAIL %USE VAR PGS STATUS
0 hdd 0.01949 1.00000 20 GiB 1.0 GiB 1.8 MiB 0 B 1 GiB 19 GiB 5.01 1.00 0 up
1 hdd 0.01949 1.00000 20 GiB 1.0 GiB 1.8 MiB 0 B 1 GiB 19 GiB 5.01 1.00 0 up
2 hdd 0.01949 1.00000 20 GiB 1.0 GiB 1.8 MiB 0 B 1 GiB 19 GiB 5.01 1.00 0 up
TOTAL 60 GiB 3.0 GiB 5.2 MiB 0 B 3 GiB 57 GiB 5.01
MIN/MAX VAR: 1.00/1.00 STDDEV: 0
#扩容 osd 节点
cd /etc/ceph
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node01 --data /dev/sdc
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node02 --data /dev/sdc
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node03 --data /dev/sdc
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node01 --data /dev/sdd
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node02 --data /dev/sdd
ceph-deploy --overwrite-conf osd create node03 --data /dev/sdd
添加 OSD 中会涉及到 PG 的迁移，由于此时集群并没有数据，因此 health 的状态很快就变成 OK，如果在生产环境中添加节点则会涉及到大量的数据的迁移。
部署 mgr 节点
#ceph-mgr守护进程以Active/Standby模式运行，可确保在Active节点或其ceph-mgr守护进程故障时，其中的一个Standby实例可以在不中断服务的情况下接管其任务。根据官方的架构原则，mgr至少要有两个节点来进行工作。
在管理节点操作
cd /etc/ceph
ceph-deploy mgr create node01 node02
ceph -s
cluster:
id: 7e9848bb-909c-43fa-b36c-5805ffbbeb39
health: HEALTH_WARN
mons are allowing insecure global_id reclaim
services:
mon: 3 daemons, quorum node01,node02,node03
mgr: node01(active, since 10s), standbys: node02
osd: 0 osds: 0 up, 0 in
#解决 HEALTH_WARN 问题：mons are allowing insecure global_id reclaim问题：
禁用不安全模式：ceph config set mon auth_allow_insecure_global_id_reclaim false
#扩容 mgr 节点
ceph-deploy mgr create <节点名称>
开启监控模块
#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
浏览器访问：http://192.168.111.20:8000 ，账号密码为 admin/12345678
3.资源池（pool）管理
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。
①创建资源池
#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）：
PG (Placement Group)，pg 是一个虚拟的概念，用于存放 object，PGP(Placement Group for Placement purpose)，相当于是 pg 存放的一种 osd 排列组合
cd /etc/ceph
ceph osd pool create mypool 64 64
②查看集群 Pool 信息
ceph osd pool ls 或 rados lspools
ceph osd lspools
③查看资源池副本的数量
ceph osd pool get mypool size
④查看 PG 和 PGP 数量
ceph osd pool get mypool pg_num
ceph osd pool get mypool pgp_num
⑤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
⑥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
⑦删除 Pool 资源池
1）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
2）推送 ceph.conf 配置文件给所有 mon 节点
ceph-deploy --overwrite-conf config push node01 node02 node03
3）所有 mon 节点重启 ceph-mon 服务
systemctl restart ceph-mon.target
4）执行删除 Pool 命令
ceph osd pool rm pool01 pool01 --yes-i-really-really-mean-it
