本系列文章会深入研究 Ceph 以及 Ceph 和 OpenStack 的集成：
（1）安装和部署
（3）Ceph 物理和逻辑结构
（4）Ceph 的基础数据结构
（6）QEMU-KVM 和 Ceph RBD 的 缓存机制总结
（8）关于Ceph PGs
1. 测试环境
为了深入学习 Ceph 以及 Ceph 和 OpenStack 的集成，搭建了如下的测试环境：
硬件环境：
- System X 服务器一台，CPU、内存和磁盘空间足够
- 服务器只有一个物理网卡
软件环境：
- 服务器安装 RedHat 6.5 操作系统
- OpenStack 使用 Ubuntu 镜像库中的 Kilo master 版本
- 每个节点操作系统采用 Ubuntu 14.04 服务器版
2. Ceph 集群部署
从上图可见，该环境使用三个虚机作为Ceph节点，每个节点上增加两个虚拟磁盘 vda 和 vdb 作为 OSD 存储磁盘，每个节点上安装 MON，前两个节点上安装 MDS。三个节点使用物理网络进行通信。
（0）准备好三个节点 ceph{1,2,3}：安装操作系统、设置 NTP、配置 ceph1 可以通过 ssh 无密码访问其余节点（依次运行 ssh-keygen，ssh-copy-id ceph2，ssh-copy-id ceph3，修改 /etc/ssh/sshd_config 文件中的 PermitRootLogin yes 来使得 ssh 支持 root 用户）
| 节点名称 | IP 地址 | 部署进程 | 数据盘 |
| ceph1 | 192.168.1.194 | 1MON+1MDS+2OSD | /dev/vda, /dev/vdb |
| ceph2 | 192.168.1.195 | 1MON+1MDS+2OSD | /dev/vda, /dev/vdb |
| ceph3 | 192.168.1.218 | 1MON+1OSD | /dev/vda, /dev/vdb |
（1）在 ceph1 上安装 ceph-deploy，接下来会使用这个工具来部署 ceph 集群
（2）在ceph 上，运行 ceph-deploy install ceph{1,2,3} 命令在各节点上安装 ceph 软件。安装好后可以查看 ceph 版本：
root@ceph1:~# ceph -v
ceph version 0.80. (ea6c958c38df1216bf95c927f143d8b13c4a9e70)
（3）在 ceph1 上执行以下命令创建 MON 集群
ceph-deploy new ceph{,,}
ceph-deploy mon create ceph{,,}
ceph-deploy mon create-initial
完成后查看 MON 集群状态：
root@ceph1:~# ceph mon_status
{"name":"ceph1","rank":,"state":"leader","election_epoch":,"quorum":[,,],"outside_quorum":[],"extra_probe_peers":[],"sync_provider":[],"monmap":{"epoch":,"fsid":"4387471a-ae2b-47c4-b67e-9004860d0fd0","modified":"0.000000","created":"0.000000","mons":[{"rank":,"name":"ceph1","addr":"192.168.1.194:6789\/0"},{"rank":,"name":"ceph2","addr":"192.168.1.195:6789\/0"},{"rank":,"name":"ceph3","addr":"192.168.1.218:6789\/0"}]}}
（4）在各节点上准备数据盘，只需要在 fdisk -l 命令输出中能看到数据盘即可，不需要做任何别的操作，然后在 ceph1 上执行如下命令添加 OSD
ceph-deploy --overwrite-conf osd prepare ceph1:/data/osd:/dev/vda ceph2:/data/osd:/dev/vda ceph3:/data/osd:/dev/vda
ceph-deploy --overwrite-conf osd activate ceph1:/data/osd:/dev/vda ceph2:/data/osd:/dev/vda ceph3:/data/osd:/dev/vda ceph-deploy --overwrite-conf osd prepare ceph1:/data/osd2:/dev/vdb ceph2:/data/osd2:/dev/vdb ceph3:/data/osd2:/dev/vdb
ceph-deploy --overwrite-conf osd activate ceph1:/data/osd2:/dev/vdb ceph2:/data/osd2:/dev/vdb ceph3:/data/osd2:/dev/vdb
该命令详细信息：
- 格式： ceph-deploy osd prepare {node-name}:{data-disk}[:{journal-disk}]
- 其中，node-name 表示待创建 OSD 的目标 Ceph 节点；data-disk 表示 OSD 的数据盘；journal-disk 表示日志盘，它可以是一个单独的磁盘，后者 OSD 数据盘上的一个分区，或者一个 SSD 磁盘上的分区。
- 比如：ceph-deploy osd prepare osdserver1:sdb:/dev/ssd 表示在 osdserver1 上使用 sdb 磁盘做数据盘和 /dev/ssd 分区做日志分区来创建一个 OSD 守护进程。
要使得多个OSD数据盘共享一个单独的 SSD 磁盘，首先要使用 fdisk 对该磁盘进行分区，比如下面的命令将 /dev/sdd 分为两个区：
Command (m for help): n
Partition type:
p primary ( primary, extended, free)
e extended
Select (default p):
Using default response p
Partition number (-, default ):
Using default value
First sector (-, default ):
Using default value
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (-, default ):
Using default value Command (m for help): w
The partition table has been altered!
结果是：
Disk /dev/sdd: MB, bytes
heads, sectors/track, cylinders, total sectors
Units = sectors of * = bytes
Sector size (logical/physical): bytes / bytes
I/O size (minimum/optimal): bytes / bytes
Disk identifier: 0x6767c86e Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/sdd1 Linux
/dev/sdd2 Linux
此时，执行下面的命令来创建并激活 OSD：
ceph-deploy --overwrite-conf osd prepare ceph1:sdb:/dev/sdd1 ceph2:sdb:/dev/sdd1
ceph-deploy --overwrite-conf osd activate ceph1:sdb1:/dev/sdd1 ceph2:sdb1:/dev/sdd1
注意prepare 和 activate 两个命令参数的区别，前者是使用磁盘，后者是使用分区。
备注：看起来最上面的命令有误，需要修改，TBD。它其实是使用了 /data/osd 目录存放数据，而磁盘 /dev/vda 作为日志盘。
另外，如果是第二次安装的话，需要删除已经存在的 /dev/sdd1 这样的分区，然后再使用命令 ceph-deploy disk zap /dev/sdd 来将其数据全部删除。
完成之后，会将 osd 盘挂载到 /var/lib/ceph/osd 下面的两个目录，目录名为 ceph-<osd id>
/dev/sdc1 on /var/lib/ceph/osd/ceph- type xfs (rw,noatime,inode64)
/dev/sdb1 on /var/lib/ceph/osd/ceph- type xfs (rw,noatime,inode64)
而日志盘则会在各自的 osd 目录下创建一个 link，比如 /var/lib/ceph/osd/ceph-2/journal：
lrwxrwxrwx root root Jun : journal -> /dev/sdd2
完成后查看 OSD 状态：
root@ceph1:~# ceph osd tree
# id weight type name up/down reweight
- 0.1399 root default
- 0.03998 host ceph1
0.01999 osd. up
0.01999 osd. up
- 0.05997 host ceph2
0.01999 osd. up
0.01999 osd. up
- 0.03998 host ceph3
0.01999 osd. up
0.01999 osd. up
（5）将 Admin key 复制到其余各个节点，然后安装 MDS 集群
ceph-deploy admin ceph1 ceph2 ceph3
ceph-deploy mds create ceph1 ceph2
完成后可以使用 “ceph mds” 命令来操作 MDS 集群，比如查看状态：
root@ceph1:~# ceph mds stat
e13: // up {=ceph1=up:active}, up:standby
看起来 MDS 集群是个 active/standby 模式的集群。
至此，Ceph 集群部署完成，可以使用 ceph 命令查看集群状态：
root@ceph1:~# ceph mds stat
e13: // up {=ceph1=up:active}, up:standby
root@ceph1:~# ceph -s
cluster 4387471a-ae2b-47c4-b67e-9004860d0fd0
health HEALTH_OK
monmap e1: mons at {ceph1=192.168.1.194:/,ceph2=192.168.1.195:/,ceph3=192.168.1.218:/}, election epoch , quorum ,, ceph1,ceph2,ceph3
mdsmap e13: // up {=ceph1=up:active}, up:standby
osdmap e76: osds: up, in
在这过程中，失败和反复是难免的，在任何时候，可以使用如下的命令将已有的配置擦除然后从头安装：
ceph-deploy purge ceph{,,}
ceph-deploy purgedata ceph{,,}
ceph-deploy forgetkeys
3. OpenStack 集群部署
3.1 网络准备
为方便起见，管理网络直接连接物理网卡；租户网络就比较麻烦一点，因为机器上只有一个物理网卡，幸亏所有的计算节点都在同一个物理服务器上，因此可以：
1. 在物理服务器上，创建一个虚拟网卡 tap0,再创建一个 linux bridge ‘mgtbr0’
tunctl -t tap0 -u root
chmod /dev/net/tun
ifconfig tap0 0.0.0.0 promisc
brctl addbr mgtbr0
brctl addif mgtbr0 tap0
2. 这是 mgtbr0 的配置脚本：
[root@rh65 ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-mgtbr0
DEVICE=mgtbr0
TYPE=Ethernet
ONBOOT=yes
NM_CONTROLLED=no
BOOTPROTO=static
IPADDR=10.0.0.100
PREFIX=
GATEWAY=10.0.0.1
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=yes
IPV6INIT=no
TYPE=Bridge
3. 在网络和各计算节点上，增加一块网卡，连接到物理服务器上的 bridge。
把所有的节点连接到管理和租户网络后，在物理服务器上看到的 linux bridge 是这样子：
bridge name bridge id STP enabled interfaces
br0 .3440b5d905ee no eth1 #物理网卡
vnet0 #controller 节点
vnet1 #network 节点
vnet2 #compute1 节点
vnet3 #compute2 节点
vnet4 #ceph1 节点
vnet5 #ceph2 节点
vnet8 #ceph3 节点
br1 8000.000000000000 no
mgtbr0 .f29e2c075ca6 no tap0 #虚拟网卡
vnet6 #network 节点
vnet7 #compute1 节点
vnet9 #compute2 节点
3.2 OpenStack 安装和配置
参考 Installation Guide for Ubuntu 14.04 (LTS) 完成配置，没感觉到 Kilo 版本和 Juno 版本太大的不同，除了 keystone 使用 Apache web server 替代了 Keystone WSGI Server 以外（注意不能同时启动 apache2 和 keystone 服务，两者有冲突，感觉 Kilo 版本中 Identity 部分改动很大，还是存在不少问题）。
4. OpenStack 和 Ceph 整合配置
本例中，OpenStack Cinder、Glance 和 Nova 分别会将卷、镜像和虚机镜像保存到 Ceph 分布式块设备（RBD）中。
4.1 Ceph 中的配置
（1）在 ceph 中创建三个 pool 分别给 Cinder，Glance 和 nova 使用
ceph osd pool create volumes
ceph osd pool create images
ceph osd pool create vms
（2）将 ceph 的配置文件传到 ceph client 节点 （glance-api, cinder-volume, nova-compute andcinder-backup）上：
ssh controller sudo tee /etc/ceph/ceph.conf </etc/ceph/ceph.conf
ssh compute1 sudo tee /etc/ceph/ceph.conf </etc/ceph/ceph.conf
ssh compute2 sudo tee /etc/ceph/ceph.conf </etc/ceph/ceph.conf
（3）在各节点上安装ceph 客户端
在 glance-api 节点，安装 librbd
sudo apt-get install python-rbd 在 nova-compute 和 cinder-volume 节点安装 ceph-common：
sudo apt-get install ceph-common
（4）配置 cinder 和 glance 用户访问 ceph 的权限
# cinder 用户会被 cinder 和 nova 使用，需要访问三个pool
ceph auth get-or-create client.cinder mon 'allow r' osd 'allow class-read object_prefix rbd_children, allow rwx pool=volumes, allow rwx pool=vms, allow rx pool=images' # glance 用户只会被 Glance 使用，只需要访问 images 这个 pool
ceph auth get-or-create client.glance mon 'allow r' osd 'allow class-read object_prefix rbd_children, allow rwx pool=images'
（5）将 client.cinder 和 client.glance 的 keystring 文件拷贝到各节点并设置访问权限
ceph auth get-or-create client.glance | ssh controller sudo tee /etc/ceph/ceph.client.glance.keyring
ssh controller sudo chown glance:glance /etc/ceph/ceph.client.glance.keyring ceph auth get-or-create client.cinder | ssh controller sudo tee /etc/ceph/ceph.client.cinder.keyring
ssh controller sudo chown cinder:cinder /etc/ceph/ceph.client.cinder.keyring ceph auth get-or-create client.cinder | ssh compute1 sudo tee /etc/ceph/ceph.client.cinder.keyring
ceph auth get-or-create client.cinder | ssh compute2 sudo tee /etc/ceph/ceph.client.cinder.keyring
（6）在 compute1 和 compute2 节点上做 libvirt 配置
ceph auth get-key client.cinder | ssh compute1 tee client.cinder.key
cat > secret.xml <<EOF
<secret ephemeral='no' private='no'>
<uuid>e21a123a-31f8-425a-86db-7204c33a6161</uuid>
<usage type='ceph'>
<name>client.cinder secret</name>
</usage>
</secret>
EOF
sudo virsh secret-define --file secret.xml
sudo virsh secret-set-value --secret e21a123a-31f8-425a-86db-7204c33a6161 --base64 $(cat client.cinder.key) && rm client.cinder.key secret.xml
4.2 OpenStack 中的配置
4.2.1 Glance 中的配置
在 /etc/glance/glance-api.conf 文件中做如下修改： [DEFAULT]
...
show_image_direct_url = True
...
[glance_store]
stores=glance.store.rbd.Store （设置为 rbd 也可以？）
default_store = rbd
rbd_store_pool = images
rbd_store_user = glance
rbd_store_ceph_conf = /etc/ceph/ceph.conf
rbd_store_chunk_size =
注意：如果在创建 image 时候出现 AttributeError: 'NoneType' object has no attribute 'Rados' 错误，则需要安装 python-rados
4.2.2 配置 Cinder volume
修改 /etc/cinder/cinder.conf： [DEFAULT]
...
#volume_group = cinder-volumes
volume_driver = cinder.volume.drivers.rbd.RBDDriver
rbd_pool = volumes
rbd_ceph_conf = /etc/ceph/ceph.conf
rbd_flatten_volume_from_snapshot = false
rbd_max_clone_depth =
rbd_store_chunk_size =
rados_connect_timeout = -
glance_api_version =
rbd_user = cinder
rbd_secret_uuid = e21a123a-31f8-425a-86db-7204c33a6161
...
注意：
（1）cinder-volume 节点上的 ceph 配置文件是必须存在的，因为 cinder-volume 需要使用它来建立和 Ceph 集群的连接，不存在的话则会报错误。
cinder/volume/drivers/rbd.py 文件：
client = self.rados.Rados(rados_id=self.configuration.rbd_user, conffile=self.configuration.rbd_ceph_conf)
缺失 ceph 配置文件时 cinder-volume 报错：
-- ::54.127 INFO cinder.volume.manager [req-d921feed-db0b--b01b-13dde3da6285 - - - - -] Starting volume driver RBDDriver (1.1.)
-- ::54.162 ERROR cinder.volume.manager [req-d921feed-db0b--b01b-13dde3da6285 - - - - -] Error encountered during initialization of driver: RBDDriver
-- ::54.163 ERROR cinder.volume.manager [req-d921feed-db0b--b01b-13dde3da6285 - - - - -] error calling conf_read_file: errno EINVAL
对 cinder-volume 来说，它所需要的 ceph.conf 中的信息主要是 MON 服务器的地址，以及cinder 所使用的用户的验证方式，因此需要将 keystring 文件 ceph.client.cinder.keyring 放在同一个目录下面。
mon_initial_members = ceph1, ceph2, ceph3
mon_host = 9.115.251.194,9.115.251.195,9.115.251.218
auth_cluster_required = cephx
auth_service_required = cephx
auth_client_required = cephx
filestore_xattr_use_omap = true
（2）可以支持 multi-backend 配置，在每个 backend 中使用不同的 Ceph pool，甚至使用不同的 rbd_ceph_conf 来支持多个 Ceph 集群。
做完以上配置之后，你就可以通过cinder 在 Ceph 中创建 volume 了。
4.3.3 配置 Nova Compute
其实 nova compute 使用 RBD 有两种功能：
- 一种是将 cinder volume 挂接给虚拟机
- 另一种是从 cinder volume 上启动虚拟机，此时 nova 需要创建一个 RBD image，把 glance image 的内容导入，再交给 libvirt
4.3.3.1 将 cinder volume 挂接给 nova instance
修改 nova compute 节点上的 nova.conf 文件：
[libvirt]
rbd_user = cinder
rbd_secret_uuid = e21a123a-31f8-425a-86db-7204c33a6161
如果只是将 ceph volume 挂接到 Nova 虚机的话，nova-compute 是不需要从 ceph 配置文件中读取 MON 服务器的信息的，而是调用 cinder api 去获取。因此，在计算节点上缺失 ceph 配置文件其实是不影响将 ceph 卷挂接到 nova 虚机的。 注意这是 Havana 以后的行为，对于之前的版本，nova-compute 从 ceph 配置文件中读取 MON 信息，因此需要 ceph 配置文件。详见 ticket：Nova failed to mount a RBD volume without extra ceph.conf。做了这个改动以后，另一个好处是，向 nova 支持多个 ceph 集群提供了可能，因为使用 ceph 配置文件的话只能使用一个文件，而 cinder 中可以 使用 multi-backend 技术来支持多个 ceph 集群。
所以 nova.conf 中主要是配置访问 ceph 的 user 和 secret id，以便从本机上保存的 secrets 中获取密钥。配置文件中只保存有 rbd secret id，因为本机上需要有该 id 对应的 secret的完整内容。
关于为什么只需要这两个参数，还可以阅读 LibvirtNetVolumeDriver 类的代码，该类实现了 libirt 访问 Ceph 等网络存储的功能。
在执行 nova attach-volume 之后（如下图步骤5），nova-compute 会修改 nova instance 的 libvirt xml 文件。示例如下：
<disk type='network' device='disk'>
<driver name='qemu' type='raw' cache='writeback'/>
<auth username='cinder'>
<secret type='ceph' uuid='e21a123a-31f8-425a-86db-7204c33a6161'/>
</auth>
<source protocol='rbd' name='volumes/volume-b4e9a905-d59e-46e4-aa6d-e57c90000013'>
<host name='9.115.251.194' port='6789'/>
<host name='9.115.251.195' port='6789'/>
<host name='9.115.251.218' port='6789'/>
</source>
<backingStore/>
<target dev='vdb' bus='virtio'/>
<serial>b4e9a905-d59e-46e4-aa6d-e57c90000013</serial>
<alias name='virtio-disk1'/>
<address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x06' function='0x0'/>
</disk>
因此，如果只是需要支持将 Ceph 卷挂接到 nova 虚机的话，可以在计算节点上的 ceph 配置文件中，可以只保留 client 部分的配置信息，包括 RBD Cache 的配置以及日志配置等，这样就可以避免和具体哪一个 Ceph 集群的硬绑定。而这个配置其实是给 librbd 准备的，便于对它进行调试。下面是一个配置示例：
[client]
rbd cache = true
#rbd cache = false
#rbd cache writethrough until flush = true
#admin socket = /var/run/ceph/$cluster-$type.$id.$pid.$cctid.asok
log file = /var/log/ceph/qemu-guest.$pid.log
#log file = /var/lib/libvirt/qemu/qemu-guest.$pid.log
admin socket=/var/log/ceph/rbd-$pid.asok
debug rbd = 20
debug rbd = 20,
debug objectcacher=20
debug objecter=20
debug ms = 1
挂接 Ceph RBD 卷给虚机的大致交互流程如下：
作为参考，下图为挂接 iSCSI volume 给虚机的大致流程，可以看出来挂接 Ceph volume 的流程简化了很多，因为不需要做 iSCSI 配置：
说明：
- 与 Ceph RBD volume 流程相比，这里面还需要 cinder volume driver 在 iSCSI Target 侧做 initiator 配置，还需要 libvirtISCSIVolumeDriver 在 host 侧进行 iSCSI session 配置，这样才能在 host 和 volume 之间建立起 iSCSI session，供 Qemu block iSCSI module 使用。
- 如果是 TGT iSCSI 的话，上图第4步返回的iSCSI信息的示例
{‘driver_volume_type’: ‘iscsi’, ‘data’: {‘auth_password’: ‘YZ2Hceyh7VySh5HY’,
‘target_discovered’: False,
‘encrypted’: False,
‘qos_specs’: None,
‘target_iqn’: ‘iqn.-.org.openstack:volume-8b1ec3fe-8c5
‘target_portal’: ‘11.0.0.8:′,
‘volume_id’: ‘8b1ec3fe-8c57-45ca-a1cf-a481bfc8fce2′,
‘target_lun’: ,
‘access_mode’: ‘rw’,
‘auth_username’: ‘nE9PY8juynmmZ95F7Xb7′,
‘auth_method’: ‘CHAP’}}
- Dom xml 中 iSCSI 磁盘的信息示例
<disk type='block' device='disk'>
<driver name='qemu' type='raw' cache='none' io='native'/>
<source dev='/dev/disk/by-path/ip-10.0.0.2:3260-iscsi-iqn.2010-10.org.openstack:volume-2ed1b04c-b34f-437d-9aa3-3feeb683d063-lun-0'/>
<target dev='vdb' bus='virtio'/>
<serial>2ed1b04c-b34f-437d-9aa3-3feeb683d063</serial>
<address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x06' function='0x0'/>
</disk>
4.3.3.2 nova 从 cinder volume 上启动
在每个计算节点上的 /etc/nova/nova.conf 文件中做如下修改。与 4.3.3.1 中的配置相比，增加了 images 相关配置，这是因为 nova-compute 需要自己管理 rbd image 了（实现是通过 RBD imagebackend，它会调用 rbd 命令来创建 volume 并导入 image，并在需要的时候做 resize）。
[libvirt]
images_type = rbd #只有在 boot disk 放在 ceph 中才需要配置这个，否则，设置为 qcow2
images_rbd_pool = vms
images_rbd_ceph_conf = /etc/ceph/ceph.conf
rbd_user = cinder
rbd_secret_uuid = e21a123a-31f8-425a-86db-7204c33a6161 disk_cachemodes="network=writeback"
hw_disk_discard = unmap
inject_password = false
inject_key = false
inject_partition = -
live_migration_flag="VIR_MIGRATE_UNDEFINE_SOURCE,VIR_MIGRATE_PEER2PEER,VIR_MIGRATE_LIVE,VIR_MIGRATE_PERSIST_DEST,VIR_MIGRATE_TUNNELLED"
当用户选择将 boot disk 放在 Ceph 中的话，需要在 nova.conf 中配置 images_rbd_ceph_conf ，这是因为就像 cinder-volume 一样，nova-compute 需要使用 ceph.conf 和其它参数创建和 Ceph 的连接，然后使用 ”rbd import --pool “命令来创建 image。这种情况下，如果没有 ceph.conf 文件的话，启动 nova-compute 服务时就会报错：
-- ::30.920 ERROR nova.openstack.common.threadgroup [req-9a61379c-52e9-48b7-9f7c-91c928fdaf2b - - - - -] error calling conf_read_file: errno EINVAL
因此，此时的 nova-compute 和 glance 以及 cinder-volume 的角色没什么不同，它们也需要使用相同的 ceph 配置文件。
至此，环境安装和配置完成，通过 cinder，glance 和 nova 命令创建的卷、镜像和虚机的镜像都会被保存在 Ceph 的 RBD 中。接下来的文章会深入分析其中的原理和实现。
参考文档：
- http://docs.ceph.com/docs/master/rbd/rbd-openstack/
- nova与cinder服务交互
- Ceph 官方的一个测试环境：（来源：http://ceph.com/category/performance-2/）