学会Ceph群集搭建一篇就够了！！！

2023-12-14 18:02:45

文章目录

一、Ceph分布式存储

1.1、Ceph文件系统简述

Ceph是一个统一的分布式存储系统，设计初衷是提供较好的性能、可靠性和可扩展性。

Ceph项目最早起源于Sage就读博士期间的工作（最早的成果于2004年发表），并随后贡献给开源社区。在经过了数年的发展之后，目前已得到众多云计算厂商的支持并被广泛应用。RedHat及OpenStack都可与Ceph整合以支持虚拟机镜像的后端存储。

1.2、Ceph的优点

高性能
a. 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。
b.考虑了容灾域的隔离，能够实现各类负载的副本放置规则，例如跨机房、机架感知等。
c. 能够支持上千个存储节点的规模，支持TB到PB级的数据。
高可用性
a. 副本数可以灵活控制。
b. 支持故障域分隔，数据强一致性。
c. 多种故障场景自动进行修复自愈。
d. 没有单点故障，自动管理。
高可扩展性
a. 去中心化。
b. 扩展灵活。
c. 随着节点增加而线性增长。
特性丰富
a. 支持三种存储接口：块存储、文件存储、对象存储。
b. 支持自定义接口，支持多种语言驱动。

二、Ceph架构和名称解释

2.1、Ceph架构

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2.2、Ceph核心组件及概念介绍

  • Monitor

一个Ceph集群需要多个Monitor组成的小集群，它们通过Paxos同步数据，用来保存OSD的元数据。

  • OSD

OSD全称Object Storage Device，也就是负责响应客户端请求返回具体数据的进程。一个Ceph集群一般都有很多个OSD。

  • MDS

MDS全称Ceph Metadata Server，是CephFS服务依赖的元数据服务。

  • Object

Ceph最底层的存储单元是Object对象，每个Object包含元数据和原始数据。

  • PG

PG全称Placement Grouops，是一个逻辑的概念，一个PG包含多个OSD。引入PG这一层其实是为了更好的分配数据和定位数据。

  • RADOS

RADOS全称Reliable Autonomic Distributed Object Store，是Ceph集群的精华，用户实现数据分配、Failover等集群操作。

  • Libradio

Librados是Rados提供库，因为RADOS是协议很难直接访问，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、C和C++支持。

  • CRUSH

CRUSH是Ceph使用的数据分布算法，类似一致性哈希，让数据分配到预期的地方。

  • RBD

RBD全称RADOS block device，是Ceph对外提供的块设备服务。

  • RGW

RGW全称RADOS gateway，是Ceph对外提供的对象存储服务，接口与S3和Swift兼容。

  • CephFS

CephFS全称Ceph File System，是Ceph对外提供的文件系统服务。

三、Ceph的存储过程

CEPH集群在存储数据时，都是进行扁平化处理，Object作为集群最小的存储单位。
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ceph在对象存储的基础上提供了更加高级的思想。当对象数量达到了百万级以上，原生的对象存储在索引对象时消耗的性能非常大。ceph因此引入了placement group (pg) 的概念。一个PG就是一组对象的集合。
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3.1、Ceph IO流程及数据分布

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3.2、正常IO流程图

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步骤：

client 创建cluster handler。
client 读取配置文件。
client 连接上monitor，获取集群map信息。
client 读写io 根据crushmap 算法请求对应的主osd数据节点。
主osd数据节点同时写入另外两个副本节点数据。
等待主节点以及另外两个副本节点写完数据状态。
主节点及副本节点写入状态都成功后，返回给client，io写入完成。

3.3、Ceph IO算法流程

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  • File用户需要读写的文件。File->Object映射：

a. ino (File的元数据，File的唯一id)。
b. ono(File切分产生的某个object的序号，默认以4M切分一个块大小)。
c. oid(object id: ino + ono)。

  • Object是RADOS需要的对象。Ceph指定一个静态hash函数计算oid的值，将oid映射成一个近似均匀分布的伪随机值，然后和mask按位相与，得到pgid。Object->PG映射：

a. hash(oid) & mask-> pgid 。
b. mask = PG总数m(m为2的整数幂)-1 。

  • PG(Placement Group),用途是对object的存储进行组织和位置映射, (类似于redis cluster里面的slot的概念),一个PG里面会有很多object。采用CRUSH算法，将pgid代入其中，然后得到一组OSD。PG->OSD映射：

a. CRUSH(pgid)->(osd1,osd2,osd3) 。

3.4、Ceph RBD IO流程

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步骤：

客户端创建一个pool，需要为这个pool指定pg的数量。
创建pool/image rbd设备进行挂载。
用户写入的数据进行切块，每个块的大小默认为4M，并且每个块都有一个名字，名字就是object+序号。
将每个object通过pg进行副本位置的分配。
pg根据cursh算法会寻找3个osd，把这个object分别保存在这三个osd上。
osd上实际是把底层的disk进行了格式化操作，一般部署工具会将它格式化为xfs文件系统。
object的存储就变成了存储一个文rbd0.object1.file。

3.5、Ceph RBD IO框架图

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客户端写数据osd过程：

采用的是librbd的形式，使用librbd创建一个块设备，向这个块设备中写入数据。
在客户端本地同过调用librados接口，然后经过pool，rbd，object、pg进行层层映射,在PG这一层中，可以知道数据保存在哪3个OSD上，这3个OSD分为主从的关系。
客户端与primay OSD建立SOCKET 通信，将要写入的数据传给primary OSD，由primary OSD再将数据发送给其他replica OSD数据节点。

四、Ceph搭建过程

4.1、环境准备

1.准备三台centos7虚拟机。
2.每台虚拟机安装两块网卡，一块仅主机模式，一块nat模式。
3.准备两块硬盘，一块系统盘，另一块作为ceph使用大小1024G。

配置IP地址

主机 VM1 NAT
ceph01 192.168.158.9 192.168.100.9
ceph02 192.168.158.11 192.168.100.11
ceph03 192.168.158.12 192.168.100.70

4.2、搭建集群前的配置

每个节点都要操作，步骤一样
1、每个节点的修改主机名，和hosts文件

vi /etc/hosts
192.168.100.9   ceph01
192.168.100.11  ceph02
192.168.100.70  ceph03

2、关闭UseDNS，用CRT连接可以快一点

vi /etc/ssh/sshd_config
115/UseDNS no

3、关闭防火墙和核心防护

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
vi /etc/selinux/config
SELINUX =disabled

4、三个节点创建免交互

ssh-keygen
ssh-copy-id root@ceph01
ssh-copy-id root@ceph02
ssh-copy-id root@ceph03

5、配置YUM源

cd /etc/yum.repos.d/
mkdir backup
mv C* backup

//安装wget命令，方便下载新的yum源。
yum install wget -y

//用wget命令下载新的yum源。
wget -O /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo
wget -O /etc/yum.repos.d/epel.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/epel-7.repo

//配置ceph源
vi /etc/yum.repos.d/ceph.repo
[ceph]
name=Ceph packages for
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/ceph/rpm-mimic/el7/$basearch
enabled=1
gpgcheck=1
type=rpm-md
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/ceph/keys/release.asc
priority=1

[ceph-noarch]
name=Ceph noarch packages 
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/ceph/rpm-mimic/el7/noarch/
enabled=1
gpgcheck=1
type=rpm-md
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/ceph/keys/release.asc
priority=1

[ceph-source]
name=Ceph source packages 
baseurl=https://mirrors.aliyun.com/ceph/rpm-mimic/el7/SRPMS/
enabled=1
gpgcheck=1
type=rpm-md
gpgkey=https://mirrors.aliyun.com/ceph/keys/release.asc
priority=1

4.3、安装ceph集群

1.首先安装好相应的工具

//ceph01节点
yum install ceph-deploy ceph python-setuptools -y

//ceph02、ceph03节点
yum install ceph python-setuptools -y

//每个节点都创建目录
mkdir /etc/ceph

管理节点创建mon并初始化，收集秘钥

[root@ceph01 yum.repos.d]# cd /etc/ceph
[root@ceph01 ceph]# ceph-deploy new ceph01 ceph02 	'//创建mon'
[root@ceph01 ceph]# ceph-deploy mon create-initial	'//初始化，收集秘钥'

查看集群状态

[root@ceph01 ceph]# ceph -s

创建osd

[root@ceph01 ceph]# ceph-deploy osd create --data /dev/sdb ceph01
[root@ceph01 ceph]# ceph-deploy osd create --data /dev/sdb ceph02
[root@ceph01 ceph]# ceph -s	'//查看集群状态会发现有两个osd加入进来了'
[root@ceph01 ceph]# ceph osd tree	'//查看osd目录树'
ID CLASS WEIGHT  TYPE NAME       STATUS REWEIGHT PRI-AFF 
-1       1.99799 root default                            
-3       0.99899     host ceph01                         
 0   hdd 0.99899         osd.0       up  1.00000 1.00000 
-5       0.99899     host ceph02                         
 1   hdd 0.99899         osd.1       up  1.00000 1.00000 
[root@ceph01 ceph]# ceph osd stat	'//查看osd状态'
2 osds: 2 up, 2 in; epoch: e9

将配置文件和admin秘钥下发到节点并给秘钥增加权限

[root@ceph01 ceph]# ceph-deploy admin ceph01 ceph02
[root@ceph01 ceph]# chmod +r ceph.client.admin.keyring 
[root@ceph02 ceph]# chmod +r ceph.client.admin.keyring 

2.3.3：扩容操作
扩容ceph03节点的osd和mon

[root@ceph01 ceph]# ceph-deploy osd create --data /dev/sdb ceph03
[root@ceph01 ceph]# ceph -s	'//已经有三个osd了'
[root@ceph01 ceph]# vi ceph.conf 
[global]
fsid = b175fb1a-fdd6-4c57-a41f-b2d964dff248
mon_initial_members = ceph01, ceph02, ceph03	'//添加ceph03'
mon_host = mon_host = 192.168.100.9,192.168.100.11,192.168.100.70
'//添加ceph03IP地址'
auth_cluster_required = cephx
auth_service_required = cephx
auth_client_required = cephx
public network = 192.168.100.0/24	'//添加内部通信网段'
[root@ceph01 ceph]# ceph-deploy mon add ceph03	'//添加mon'
  • 重新下发秘钥和配置文件
[root@ceph01 ceph]# ceph-deploy --overwrite-conf config push ceph01 ceph02 ceph03
[root@ceph01 ceph]# systemctl list-unit-files |grep mon	'//查看已启动的含mon列表'
ceph-mon@.service                             enabled        
lvm2-monitor.service                          enabled        
ceph-mon.target                               enabled

三台主机重启mon服务

[root@ceph01 ceph]# systemctl restart ceph-mon.target
[root@ceph01 ceph]# ceph -s

4.5、模拟故障osd恢复

1、首先模拟故障，将一个osd从集群中移除

移除osd，删除osd，删除osd认证
ceph osd out osd.2
ceph osd crush remove osd.2
ceph auth del osd.2   

#重启所有节点osd服务，osd.2就down掉了
systemctl restart ceph-osd.target

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2、恢复osd到集群中

//在ceph03节点，查看ceph位置信息
df -hT
显示位置信息：
tmpfs          tmpfs     910M   52K  910M    1% /var/lib/ceph/osd/ceph-2

//查看/var/lib/ceph/osd/ceph-2的fsid
[root@ceph03 ~]# cd /var/lib/ceph/osd/ceph-2
[root@ceph03 ceph-2]# more fsid
57df2d3e-2f53-4143-9c3f-5e98d0ae619b

//重新添加osd进入集群
[root@ceph03 ceph-2]# ceph osd create 57df2d3e-2f53-4143-9c3f-5e98d0ae619b

//重新添加认证权限
[root@ceph03 ceph-2]#  ceph auth add osd.2 osd 'allow *' mon 'allow rwx' -i /var/lib/ceph/osd/ceph-2/keyring

//设置ceph03的权重，ceph osd crush add osdID号 权重 host=主机名
[root@ceph03 ceph-2]# ceph osd crush add 2 0.99899 host=ceph03

//将osd加入集群
[root@ceph03 ceph-2]# ceph osd in osd.2

//重启所有节点的osd服务
systemctl restart ceph-osd.target

通过ceph osd tree查看，ceph03的osd节点已经恢复了
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