【Linux】分布式存储系统 Ceph应用

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

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创建 CephFS 文件系统 MDS 接口

//服务端操作
1）在管理节点创建 mds 服务
cd /etc/ceph
ceph-deploy mds create node01 node02 node03

2）查看各个节点的 mds 服务
ssh root@node01 systemctl status ceph-mds@node01
ssh root@node02 systemctl status ceph-mds@node02
ssh root@node03 systemctl status ceph-mds@node03

3）创建存储池，启用 ceph 文件系统
ceph 文件系统至少需要两个 rados 池，一个用于存储数据，一个用于存储元数据。此时数据池就类似于文件系统的共享目录。
ceph osd pool create cephfs_data 128					#创建数据Pool

ceph osd pool create cephfs_metadata 128				#创建元数据Pool

#创建 cephfs，命令格式：ceph fs new   
ceph fs new mycephfs cephfs_metadata cephfs_data		#启用ceph，元数据Pool在前，数据Pool在后

ceph fs ls					#查看cephfs

4）查看mds状态，一个up，其余两个待命，目前的工作的是node01上的mds服务
ceph -s
mds: mycephfs:1 {0=node01=up:active} 2 up:standby

ceph mds stat
mycephfs:1 {0=node01=up:active} 2 up:standby

5）创建用户
语法格式：ceph fs authorize  <fs_name>  client.<client_id>  <path-in-cephfs>  rw

#账户为 client.zhangsan，用户 name 为 zhangsan，zhangsan 对ceph文件系统的 / 根目录（注意不是操作系统的根目录）有读写权限
ceph fs authorize mycephfs client.zhangsan / rw | tee /etc/ceph/zhangsan.keyring

# 账户为 client.lisi，用户 name 为 lisi，lisi 对文件系统的 / 根目录只有读权限，对文件系统的根目录的子目录 /test 有读写权限
ceph fs authorize mycephfs client.lisi / r /test rw | tee /etc/ceph/lisi.keyring


//客户端操作
1）客户端要在 public 网络内

2）在客户端创建工作目录
mkdir /etc/ceph

3）在 ceph 的管理节点给客户端拷贝 ceph 的配置文件 ceph.conf 和账号的秘钥环文件 zhangsan.keyring、lisi.keyring
scp ceph.conf zhangsan.keyring lisi.keyring root@client:/etc/ceph

4）在客户端安装 ceph 软件包
cd /opt
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
yum install -y ceph 

5）在客户端制作秘钥文件
cd /etc/ceph
ceph-authtool -n client.zhangsan -p zhangsan.keyring > zhangsan.key			#把 zhangsan 用户的秘钥导出到 zhangsan.keyl
ceph-authtool -n client.lisi -p lisi.keyring > lisi.key						#把 lisi 用户的秘钥导出到 lisi.key

6）客户端挂载
●方式一：基于内核
语法格式：
mount -t ceph node01:6789,node02:6789,node03:6789:/  <本地挂载点目录>  -o name=<用户名>,secret=<秘钥>
mount -t ceph node01:6789,node02:6789,node03:6789:/  <本地挂载点目录>  -o name=<用户名>,secretfile=<秘钥文件>

示例一：
mkdir -p /data/zhangsan
mount -t ceph node01:6789,node02:6789,node03:6789:/ /data/zhangsan -o name=zhangsan,secretfile=/etc/ceph/zhangsan.key

示例二：
mkdir -p /data/lisi
mount -t ceph node01:6789,node02:6789,node03:6789:/ /data/lisi -o name=lisi,secretfile=/etc/ceph/lisi.key

#验证用户权限
cd /data/lisi
echo 123 > 2.txt
-bash：2.txt：权限不够

echo 123 > test/2.txt
cat test/2.txt
123

示例三：
#停掉 node02 上的 mds 服务
ssh root@node02 "systemctl stop ceph-mds@node02"

ceph -s

#测试客户端的挂载点仍然是可以用的，如果停掉所有的 mds，客户端就不能用了


●方式二：基于 fuse 工具
1）在 ceph 的管理节点给客户端拷贝 ceph 的配置文件 ceph.conf 和账号的秘钥环文件 zhangsan.keyring、lisi.keyring
scp ceph.client.admin.keyring root@client:/etc/ceph

2）在客户端安装 ceph-fuse
yum install -y ceph-fuse

3）客户端挂载
cd /data/aa
ceph-fuse -m node01:6789,node02:6789,node03:6789 /data/aa [-o nonempty]			#挂载时，如果挂载点不为空会挂载失败，指定 -o nonempty 可以忽略

创建 Ceph 块存储系统 RBD 接口

1、创建一个名为 rbd-demo 的专门用于 RBD 的存储池

ceph osd pool create rbd-demo 64 64

2、将存储池转换为 RBD 模式

ceph osd pool application enable rbd-demo rbd

3、初始化存储池

rbd pool init -p rbd-demo			# -p 等同于 --pool

4、创建镜像

rbd create -p rbd-demo --image rbd-demo1.img --size 10G

可简写为：
rbd create rbd-demo/rbd-demo2.img --size 10G

5、镜像管理

//查看存储池下存在哪些镜像
rbd ls -l -p rbd-demo

//查看镜像的详细信息
rbd info -p rbd-demo --image rbd-demo1.img
rbd image 'rbd-demo.img':
	size 10 GiB in 2560 objects							#镜像的大小与被分割成的条带数
	order 22 (4 MiB objects)							#条带的编号，有效范围是12到25，对应4K到32M，而22代表2的22次方，这样刚好是4M
	snapshot_count: 0
	id: 5fc98fe1f304									#镜像的ID标识
	block_name_prefix: rbd_data.5fc98fe1f304			#名称前缀
	format: 2											#使用的镜像格式，默认为2
	features: layering, exclusive-lock, object-map, fast-diff, deep-flatten			#当前镜像的功能特性
	op_features: 																	#可选的功能特性
	flags: 

//修改镜像大小
rbd resize -p rbd-demo --image rbd-demo1.img --size 20G

rbd info -p rbd-demo --image rbd-demo1.img

#使用 resize 调整镜像大小，一般建议只增不减，如果是减少的话需要加选项 --allow-shrink
rbd resize -p rbd-demo --image rbd-demo1.img --size 5G --allow-shrink

//删除镜像
#直接删除镜像
rbd rm -p rbd-demo --image rbd-demo2.img
rbd remove rbd-demo/rbd-demo2.img

#推荐使用 trash 命令，这个命令删除是将镜像移动至回收站，如果想找回还可以恢复
rbd trash move rbd-demo/rbd-demo1.img

rbd ls -l -p rbd-demo

rbd trash list -p rbd-demo
5fc98fe1f304 rbd-demo1.img

#还原镜像
rbd trash restore rbd-demo/5fc98fe1f304

rbd ls -l -p rbd-demo

6、Linux客户端使用

客户端使用 RBD 有两种方式：
●通过内核模块KRBD将镜像映射为系统本地块设备，通常设置文件一般为：/dev/rbd*
●另一种是通过librbd接口，通常KVM虚拟机使用这种接口。

本例主要是使用Linux客户端挂载RBD镜像为本地磁盘使用。开始之前需要在所需要客户端节点上面安装ceph-common软件包，因为客户端需要调用rbd命令将RBD镜像映射到本地当作一块普通硬盘使用。并还需要把ceph.conf配置文件和授权keyring文件复制到对应的节点。

//在管理节点创建并授权一个用户可访问指定的 RBD 存储池
#示例，指定用户标识为client.osd-mount，对另对OSD有所有的权限，对Mon有只读的权限
ceph auth get-or-create client.osd-mount osd "allow * pool=rbd-demo" mon "allow r" > /etc/ceph/ceph.client.osd-mount.keyring

//修改RBD镜像特性，CentOS7默认情况下只支持layering和striping特性，需要将其它的特性关闭
rbd feature disable rbd-demo/rbd-demo1.img object-map,fast-diff,deep-flatten

//将用户的keyring文件和ceph.conf文件发送到客户端的/etc/ceph目录下
cd /etc/ceph
scp ceph.client.osd-mount.keyring ceph.conf root@client:/etc/ceph

//linux客户端操作
#安装 ceph-common 软件包
yum install -y ceph-common

#执行客户端映射
cd /etc/ceph
rbd map rbd-demo/rbd-demo1.img --keyring /etc/ceph/ceph.client.osd-mount.keyring --user osd-mount

#查看映射
rbd showmapped
rbd device list

#断开映射
rbd unmap rbd-demo/rbd-demo1.img

#格式化并挂载
mkfs.xfs /dev/rbd0

mkdir -p /data/bb
mount /dev/rbd0 /data/bb

#在线扩容
在管理节点调整镜像的大小
rbd resize rbd-demo/rbd-demo1.img --size 30G

在客户端刷新设备文件
xfs_growfs /dev/rbd0		#刷新xfs文件系统容量
resize2fs /dev/rbd0			#刷新ext4类型文件系统容量

7、快照管理

对 rbd 镜像进行快照，可以保留镜像的状态历史，另外还可以利用快照的分层技术，通过将快照克隆为新的镜像使用。

//在客户端写入文件
echo 1111 > /data/bb/11.txt
echo 2222 > /data/bb/22.txt
echo 3333 > /data/bb/33.txt

//在管理节点对镜像创建快照
rbd snap create --pool rbd-demo --image rbd-demo1.img --snap demo1_snap1

可简写为：
rbd snap create rbd-demo/rbd-demo1.img@demo1_snap1

//列出指定镜像所有快照
rbd snap list rbd-demo/rbd-demo1.img

#用json格式输出:
rbd snap list rbd-demo/rbd-demo1.img --format json --pretty-format

//回滚镜像到指定
在回滚快照之前，需要将镜像取消镜像的映射，然后再回滚。

#在客户端操作
rm -rf /data/bb/*
umount /data/bb
rbd unmap rbd-demo/rbd-demo1.img

#在管理节点操作
rbd snap rollback rbd-demo/rbd-demo1.img@demo1_snap1

#在客户端重新映射并挂载
rbd map rbd-demo/rbd-demo1.img --keyring /etc/ceph/ceph.client.osd-mount.keyring --user osd-mount
mount /dev/rbd0 /data/bb
ls /data/bb				#发现数据还原回来了

//限制镜像可创建快照数
rbd snap limit set rbd-demo/rbd-demo1.img --limit 3

#解除限制：
rbd snap limit clear rbd-demo/rbd-demo1.img

//删除快照
#删除指定快照：
rbd snap rm rbd-demo/rbd-demo1.img@demo1_snap1

#删除所有快照：
rbd snap purge rbd-demo/rbd-demo1.img


//快照分层
快照分层支持用快照的克隆生成新镜像，这种镜像与直接创建的镜像几乎完全一样，支持镜像的所有操作。唯一不同的是克隆镜像引用了一个只读的上游快照，而且此快照必须要设置保护模式。

#快照克隆
1）将上游快照设置为保护模式：
rbd snap create rbd-demo/rbd-demo1.img@demo1_snap666

rbd snap protect rbd-demo/rbd-demo1.img@demo1_snap666

2）克隆快照为新的镜像
rbd clone rbd-demo/rbd-demo1.img@demo1_snap666 --dest rbd-demo/rbd-demo666.img

rbd ls -p rbd-demo

3）命令查看克隆完成后快照的子镜像
rbd children rbd-demo/rbd-demo1.img@demo1_snap666


//快照展平
通常情况下通过快照克隆而得到的镜像会保留对父快照的引用，这时候不可以删除该父快照，否则会有影响。
rbd snap rm rbd-demo/rbd-demo1.img@demo1_snap666
#报错 snapshot 'demo1_snap666' is protected from removal.

如果要删除快照但想保留其子镜像，必须先展平其子镜像，展平的时间取决于镜像的大小
1） 展平子镜像
rbd flatten rbd-demo/rbd-demo666.img

2）取消快照保护
rbd snap unprotect rbd-demo/rbd-demo1.img@demo1_snap666

3）删除快照
rbd snap rm rbd-demo/rbd-demo1.img@demo1_snap666

rbd ls -l -p rbd-demo			#在删除掉快照后，查看子镜像依然存在

8、镜像的导出导入

//导出镜像
rbd export rbd-demo/rbd-demo1.img  /opt/rbd-demo1.img

//导入镜像
#卸载客户端挂载，并取消映射
umount /data/bb
rbd unmap rbd-demo/rbd-demo1.img

#清除镜像下的所有快照，并删除镜像
rbd snap purge rbd-demo/rbd-demo1.img
rbd rm rbd-demo/rbd-demo1.img

rbd ls -l -p rbd-demo

#导入镜像
rbd import /opt/rbd-demo1.img  rbd-demo/rbd-demo1.img

rbd ls -l -p rbd-demo

创建 Ceph 对象存储系统 RGW 接口

1、对象存储概念

对象存储（object storage）是非结构数据的存储方法，对象存储中每一条数据都作为单独的对象存储，拥有唯一的地址来识别数据对象，通常用于云计算环境中。
不同于其他数据存储方法，基于对象的存储不使用目录树。

虽然在设计与实现上有所区别，但大多数对象存储系统对外呈现的核心资源类型大同小异。从客户端的角度来看，分为以下几个逻辑单位：
●Amazon S3：
提供了
1、用户（User）
2、存储桶（Bucket）
3、对象（Object）

三者的关系是：
1、User将Object存储到系统上的Bucket
2、存储桶属于某个用户并可以容纳对象，一个存储桶用于存储多个对象
3、同一个用户可以拥有多个存储桶，不同用户允许使用相同名称的Bucket，因此User名称即可做为Bucket的名称空间

●OpenStack Swift：
提供了user、container和object分别对应于用户、存储桶和对象，不过它还额外为user提供了父级组件account，用于表示一个项目或用户，因此一个account中可以包含一到多个user，它们可共享使用同一组container，并为container提供名称空间

●RadosGW：
提供了user、subuser、bucket和object，其中的user对应于S3的user，而subuser则对应于Swift的user，不过user和subuser都不支持为bucket提供名称空间，因此不同用户的存储桶不允许同名；不过，自jewel版本起，RadosGW引入了tenant（租户）用于为user和bucket提供名称空间，但他是个可选组件

从上可以看出大多数对象存储的核心资源类型大同小异，如 Amazon S3、OpenStack Swift 与 RadosGw。其中 S3 与 Swift 互不兼容，RadosGw 为了兼容 S3 与 Swift， Ceph 在 RadosGW 集群的基础上提供了 RGW（RadosGateway）数据抽象层和管理层，它可以原生兼容 S3 和 Swift 的 API。
S3和Swift它们可基于http或https完成数据交换，由RadosGW内建的Civetweb提供服务，它还可以支持代理服务器包括nginx、haproxy等以代理的形式接收用户请求，再转发至RadosGW进程。
RGW 的功能依赖于对象网关守护进程实现，负责向客户端提供 REST API 接口。出于冗余负载均衡的需求，一个 Ceph 集群上通常不止一个 RadosGW 守护进程。

2、创建 RGW 接口

如果需要使用到类似 S3 或者 Swift 接口时候才需要部署/创建 RadosGW 接口，RadosGW 通常作为对象存储（Object Storage）使用，类于阿里云OSS。

//在管理节点创建一个 RGW 守护进程（生产环境下此进程一般需要高可用，后续介绍）
cd /etc/ceph
ceph-deploy rgw create node01

ceph -s
  services:
    mon: 3 daemons, quorum node01,node02,node03 (age 3h)
    mgr: node01(active, since 12h), standbys: node02
    mds: mycephfs:1 {0=node02=up:active} 2 up:standby
    osd: 6 osds: 6 up (since 12h), 6 in (since 25h)
    rgw: 1 daemon active (node01)

#创建成功后默认情况下会自动创建一系列用于 RGW 的存储池
ceph osd pool ls
rgw.root 
default.rgw.control			#控制器信息
default.rgw.meta			#记录元数据
default.rgw.log				#日志信息
default.rgw.buckets.index	#为 rgw 的 bucket 信息，写入数据后生成
default.rgw.buckets.data	#是实际存储的数据信息，写入数据后生成


#默认情况下 RGW 监听 7480 号端口
ssh root@node01 netstat -lntp | grep 7480

curl node01:7480
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><ListAllMyBucketsResult xmlns="http://s3.amazonaws.com/doc/2006-03-01/">
<ListAllMyBucketsResult xmlns="http://s3.amazonaws.com/doc/2006-03-01/">
  <Owner>
    <ID>anonymous</ID>
    <DisplayName/>
  </Owner>
  <Buckets/>
</ListAllMyBucketsResult>


//开启 http+https ，更改监听端口
RadosGW 守护进程内部由 Civetweb 实现，通过对 Civetweb 的配置可以完成对 RadosGW 的基本管理。

#要在 Civetweb 上启用SSL，首先需要一个证书，在 rgw 节点生成证书
1）生成CA证书私钥：
openssl genrsa -out civetweb.key 2048

2）生成CA证书公钥：
openssl req -new -x509 -key civetweb.key -out civetweb.crt -days 3650 -subj "/CN=192.168.80.11"

#3、将生成的证书合并为pem
cat civetweb.key civetweb.crt > /etc/ceph/civetweb.pem

#更改监听端口
Civetweb 默认监听在 7480 端口并提供 http 协议，如果需要修改配置需要在管理节点编辑 ceph.conf 配置文件
cd /etc/ceph

vim ceph.conf
......
[client.rgw.node01]
rgw_host = node01
rgw_frontends = "civetweb port=80+443s ssl_certificate=/etc/ceph/civetweb.pem num_threads=500 request_timeout_ms=60000"

------------------------------------------------------------
●rgw_host：对应的RadosGW名称或者IP地址
●rgw_frontends：这里配置监听的端口，是否使用https，以及一些常用配置：
•port：如果是https端口，需要在端口后面加一个s。
•ssl_certificate：指定证书的路径。
•num_threads：最大并发连接数，默认为50，根据需求调整，通常在生产集群环境中此值应该更大
•request_timeout_ms：发送与接收超时时长，以ms为单位，默认为30000
•access_log_file：访问日志路径，默认为空
•error_log_file：错误日志路径，默认为空
------------------------------------------------------------

#修改完 ceph.conf 配置文件后需要重启对应的 RadosGW 服务，再推送配置文件
ceph-deploy --overwrite-conf config push node0{1..3}

ssh root@node01 systemctl restart ceph-radosgw.target

#在 rgw 节点上查看端口
netstat -lntp | grep -w 80
netstat -lntp | grep 443

#在客户端访问验证
curl http://192.168.80.11:80
curl -k https://192.168.80.11:443


//创建 RadosGW 账户
在管理节点使用 radosgw-admin 命令创建 RadosGW 账户

radosgw-admin user create --uid="rgwuser" --display-name="rgw test user"
......
    "keys": [
        {
            "user": "rgwuser",
            "access_key": "ER0SCVRJWNRIKFGQD31H",
            "secret_key": "YKYjk7L4FfAu8GHeQarIlXodjtj1BXVaxpKv2Nna"
        }
    ],


#创建成功后将输出用户的基本信息，其中最重要的两项信息为 access_key 和 secret_key 。用户创建成后功，如果忘记用户信息可以使用下面的命令查看
radosgw-admin user info --uid="rgwuser"


//S3 接口访问测试
1）在客户端安装 python3、python3-pip
yum install -y python3 python3-pip

python3 -V
Python 3.6.8

pip3 -V
pip 9.0.3 from /usr/lib/python3.6/site-packages (python 3.6)

2）安装 boto 模块，用于测试连接 S3
pip3 install boto

3）测试访问 S3 接口
echo 123123 > /opt/123.txt

vim test.py
#coding:utf-8
import ssl
import boto.s3.connection
from boto.s3.key import Key
try:
    _create_unverified_https_context = ssl._create_unverified_context
except AttributeError:
    pass
else:
    ssl._create_default_https_context = _create_unverified_https_context
	
#test用户的keys信息
access_key = "ER0SCVRJWNRIKFGQD31H"                          #输入 RadosGW 账户的 access_key
secret_key = "YKYjk7L4FfAu8GHeQarIlXodjtj1BXVaxpKv2Nna"      #输入 RadosGW 账户的 secret_key

#rgw的ip与端口
host = "192.168.80.11"        #输入 RGW 接口的 public 网络地址

#如果使用443端口，下述链接应设置is_secure=True
port = 443
#如果使用80端口，下述链接应设置is_secure=False
#port = 80
conn = boto.connect_s3(
    aws_access_key_id=access_key,
    aws_secret_access_key=secret_key,
    host=host,
    port=port,
    is_secure=True,
    validate_certs=False,
    calling_format=boto.s3.connection.OrdinaryCallingFormat()
)

#一:创建存储桶
#conn.create_bucket(bucket_name='bucket01')
#conn.create_bucket(bucket_name='bucket02')

#二：判断是否存在，不存在返回None
exists = conn.lookup('bucket01')
print(exists)
#exists = conn.lookup('bucket02')
#print(exists)

#三：获得一个存储桶
#bucket1 = conn.get_bucket('bucket01')
#bucket2 = conn.get_bucket('bucket02')

#四：查看一个bucket下的文件
#print(list(bucket1.list()))
#print(list(bucket2.list()))

#五：向s3上存储数据，数据来源可以是file、stream、or string
#5.1、上传文件
#bucket1 = conn.get_bucket('bucket01')
# name的值是数据的key
#key = Key(bucket=bucket1, name='myfile')
#key.set_contents_from_filename('/opt/123.txt')
# 读取 s3 中文件的内容，返回 string 即文件 123.txt 的内容
#print(key.get_contents_as_string())

#5.2、上传字符串
#如果之前已经获取过对象，此处不需要重复获取
bucket2 = conn.get_bucket('bucket02')
key = Key(bucket=bucket2, name='mystr')
key.set_contents_from_string('hello world')
print(key.get_contents_as_string())

#六：删除一个存储桶，在删除存储桶本身时必须删除该存储桶内的所有key
bucket1 = conn.get_bucket('bucket01')
for key in bucket1:
    key.delete()
bucket1.delete()


4）按照以上步骤执行 python 脚本测试
python3 test.py

OSD 故障模拟与恢复

1、模拟 OSD 故障

如果 ceph 集群有上千个 osd，每天坏 2~3 个太正常了，我们可以模拟 down 掉一个 osd

#如果 osd 守护进程正常运行，down 的 osd 会很快自恢复正常，所以需要先关闭守护进程
ssh root@node01 systemctl stop ceph-osd@0

#down 掉 osd
ceph osd down 0

ceph osd tree

2、将坏掉的 osd 踢出集群

//方法一：
#将 osd.0 移出集群，集群会开始自动同步数据
ceph osd out osd.0

#将 osd.0 移除 crushmap
ceph osd crush remove osd.0

#删除守护进程对应的账户信息
ceph auth rm osd.0

ceph auth list

#删掉 osd.0
ceph osd rm osd.0

ceph osd stat
ceph -s

//方法二：
ceph osd out osd.0

#使用综合步骤，删除配置文件中针对坏掉的 osd 的配置
ceph osd purge osd.0 --yes-i-really-mean-it

3、把原来坏掉的 osd 修复后重新加入集群

#在 osd 节点创建 osd，无需指定名，会按序号自动生成
cd /etc/ceph

ceph osd create

#创建账户
ceph-authtool --create-keyring /etc/ceph/ceph.osd.0.keyring --gen-key -n osd.0 --cap mon 'allow profile osd' --cap mgr 'allow profile osd' --cap osd 'allow *'

#导入新的账户秘钥
ceph auth import -i /etc/ceph/ceph.osd.0.keyring

ceph auth list

#更新对应的 osd 文件夹中的密钥环文件
ceph auth get-or-create osd.0 -o /var/lib/ceph/osd/ceph-0/keyring

#加入 crushmap
ceph osd crush add osd.0 1.000 host=node01		#1.000 代表权重

#加入集群
ceph osd in osd.0

ceph osd tree

#重启 osd 守护进程
systemctl restart ceph-osd@0

ceph osd tree		#稍等片刻后 osd 状态为 up	

//如果重启失败
报错：
Job for ceph-osd@0.service failed because start of the service was attempted too often. See "systemctl  status [email protected]" and "journalctl -xe" for details.
To force a start use "systemctl reset-failed [email protected]" followed by "systemctl start [email protected]" again.

#运行
systemctl reset-failed ceph-osd@0.service && systemctl restart ceph-osd@0.service