分布式存储ceph部署 1、存储基础

1、存储基础

(1)单机存储设备

DAS(直接附加存储,是直接接到计算机的主板总线上去的存储)
IDE、SATA、SCSI、SAS、USB 接口的磁盘
所谓接口就是一种存储设备驱动下的磁盘设备,提供块级别的存储

NAS(网络附加存储,是通过网络附加到当前主机文件系统之上的存储)
NFS、CIFS、FTP
文件系统级别的存储,本身就是一个做好的文件系统,通过nfs接口在用户空间输出后,客户端基于内核模块与远程主机进行网络通信,把它转为好像本地文件系统一样来使用,这种存储服务是没办法对它再一次格式化创建文件系统块的

SAN(存储区域网络)
SCSI协议(只是用来传输数据的存取操作,物理层使用SCSI线缆来传输)、FCSAN(物理层使用光纤来传输)、iSCSI(物理层使用以太网来传输)
也是一种网络存储,但不同之处在于SAN提供给客户端主机使用的接口是块级别的存储

(2)单机存储的问题

存储处理能力不足
传统的IDE的IO值是100次/秒,SATA固态磁盘500次/秒,固态硬盘达到2000-4000次/秒。即使磁盘的IO能力再大数十倍,也不够抗住网站访问高峰期数十万、数百万甚至上亿用户的同时访问,这同时还要受到主机网络IO能力的限制。

存储空间能力不足
单块磁盘的容量再大,也无法满足用户的正常访问所需的数据容量限制。

单点故障问题
单机存储数据存在单点故障问题

(3)商业存储解决方案

EMC、NetAPP、IBM、DELL、华为、浪潮

(4)分布式存储

块存储(例如硬盘,一般是一个存储被一个服务器挂载使用,适用于容器或虚拟机存储卷分配、日志存储、文件存储)
就是一个裸设备,用于提供没有被组织过的存储空间,底层以分块的方式来存储数据

文件存储(例如NFS,解决块存储无法共享问题,可以一个存储被多个服务器同时挂载,适用于目录结构的存储、日志存储)
是一种数据的组织存放接口,一般是建立在块级别的存储结构之上,以文件形式来存储数据,而文件的元数据和实际数据是分开存储的

对象存储(例如OSS,一个存储可以被多服务同时访问,具备块存储的高速读写能力,也具备文件存储共享的特性,适用图片存储、视频存储)
基于API接口提供的文件存储,每一个文件都是一个对象,且文件大小各不相同的,文件的元数据和实际数据是存放在一起的

2、Ceph 简介

Ceph使用C++语言开发,是一个开放、自我修复和自我管理的开源分布式存储系统。具有高扩展性、高性能、高可靠性的优点。

Ceph目前已得到众多云计算厂商的支持并被广泛应用。RedHat及OpenStack,Kubernetes都可与Ceph整合以支持虚拟机镜像的后端存储。
粗略估计,我国70%—80%的云平台都将Ceph作为底层的存储平台,由此可见Ceph俨然成为了开源云平台的标配。目前国内使用Ceph搭建分布式存储系统较为成功的企业有华为、阿里、中兴、华三、浪潮、中国移动、网易、乐视、360、星辰天合存储、杉岩数据等。

3、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。

4、Ceph 架构

自下向上,可以将Ceph系统分为四个层次:
RADOS 基础存储系统(Reliab1e,Autonomic,Distributed object store,即可靠的、自动化的、分布式的对象存储)
RADOS是Ceph最底层的功能模块,是一个无限可扩容的对象存储服务,能将文件拆解成无数个对象(碎片)存放在硬盘中,大大提高了数据的稳定性。它主要由OSD和Monitor两个组件组成,OSD和Monitor都可以部署在多台服务器中,这就是ceph分布式的由来,高扩展性的由来。

LIBRADOS 基础库
Librados提供了与RADOS进行交互的方式,并向上层应用提供Ceph服务的API接口,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、Go、C和C++支持,以便直接基于RADOS(而不是整个Ceph)进行客户端应用开发。

高层应用接口:包括了三个部分
1)对象存储接口 RGW(RADOS Gateway)
网关接口,基于Librados开发的对象存储系统,提供S3和Swift兼容的RESTful API接口。

2)块存储接口 RBD(Reliable Block Device)
基于Librados提供块设备接口,主要用于Host/VM。

3)文件存储接口 CephFS(Ceph File System)
Ceph文件系统,提供了一个符合POSIX标准的文件系统,它使用Ceph存储集群在文件系统上存储用户数据。基于Librados提供的分布式文件系统接口。

应用层:基于高层接口或者基础库Librados开发出来的各种APP,或者Host、VM等诸多客户端

5、Ceph 核心组件

Ceph是一个对象式存储系统,它把每一个待管理的数据流(如文件等数据)切分为一到多个固定大小(默认4兆)的对象数据(Object),并以其为原子单元(原子是构成元素的最小单元)完成数据的读写。

OSD(Object Storage Daemon,守护进程 ceph-osd)
是负责物理存储的进程,一般配置成和磁盘一一对应,一块磁盘启动一个OSD进程。主要功能是存储数据、复制数据、平衡数据、恢复数据,以及与其它OSD间进行心跳检查,负责响应客户端请求返回具体数据的进程等。通常至少需要3个OSD来实现冗余和高可用性。

PG(Placement Group 归置组)
PG 是一个虚拟的概念而已,物理上不真实存在。它在数据寻址时类似于数据库中的索引:Ceph 先将每个对象数据通过HASH算法固定映射到一个 PG 中,然后将 PG 通过 CRUSH 算法映射到 OSD。

Pool
Pool 是存储对象的逻辑分区,它起到 namespace 的作用。每个 Pool 包含一定数量(可配置)的 PG。Pool 可以做故障隔离域,根据不同的用户场景统一进行隔离。

Pool中数据保存方式支持两种类型:

●多副本(replicated):类似 raid1,一个对象数据默认保存 3 个副本,放在不同的 OSD
●纠删码(Erasure Code):类似 raid5,对 CPU 消耗稍大,但是节约磁盘空间,对象数据保存只有 1 个副本。由于Ceph部分功能不支持纠删码池,此类型存储池使用不多

Pool、PG 和 OSD 的关系:

一个Pool里有很多个PG;一个PG里包含一堆对象,一个对象只能属于一个PG;PG有主从之分,一个PG分布在不同的OSD上(针对多副本类型)

Monitor(守护进程 ceph-mon)
用来保存OSD的元数据。负责维护集群状态的映射视图(Cluster Map:OSD Map、Monitor Map、PG Map 和 CRUSH Map),维护展示集群状态的各种图表, 管理集群客户端认证与授权。一个Ceph集群通常至少需要 3 或 5 个(奇数个)Monitor 节点才能实现冗余和高可用性,它们通过 Paxos 协议实现节点间的同步数据。

Manager(守护进程 ceph-mgr)
负责跟踪运行时指标和 Ceph 集群的当前状态,包括存储利用率、当前性能指标和系统负载。为外部监视和管理系统提供额外的监视和接口,例如 zabbix、prometheus、 cephmetrics 等。一个 Ceph 集群通常至少需要 2 个 mgr 节点实现高可用性,基于 raft 协议实现节点间的信息同步。4

MDS(Metadata Server,守护进程 ceph-mds)
是 CephFS 服务依赖的元数据服务。负责保存文件系统的元数据,管理目录结构。对象存储和块设备存储不需要元数据服务;如果不使用 CephFS 可以不安装。

6、OSD 存储引擎

OSD 有两种方式管理它们存储的数据。在 Luminous 12.2.z 及以后的发行版中,默认(也是推荐的)后端是 BlueStore。在 Luminous 发布之前, 默认是 FileStore, 也是唯一的选项。
●Filestore
FileStore是在Ceph中存储对象的一个遗留方法。它依赖于一个标准文件系统(只能是XFS),并结合一个键/值数据库(传统上是LevelDB,现在BlueStore是RocksDB),用于保存和管理元数据。

FileStore经过了良好的测试,在生产中得到了广泛的应用。然而,由于它的总体设计和对传统文件系统的依赖,使得它在性能上存在许多不足。

●Bluestore
从 Ceph 12.2.0(Luminous) 版本开始的。在 Luminous 版本中,BlueStore 被引入作为一种新的、高性能的 OSD 存储引擎,以替代旧的 FileStore 引擎。

在 Ceph 中,BlueStore 可以提供更快的响应时间和更高的数据吞吐量,同时也具有更好的可靠性和稳定性。相比之下,旧的 FileStore 存储引擎通常需要更多的 CPU 和内存资源,对 IO 延迟的敏感度也较高。

BlueStore 将对象直接存储在原始块设备上,免除了对文件系统层的需要,提高了读写操作速度,通过直接操作底层块设备来管理数据,而不是传统的文件系统。

这种方法提供了更好的性能和可靠性,因为可以将数据划分为较小的块并使用校验和来检测错误。此外,BlueStore可以直接与Solid State Drive(SSD)交互,并利用其快速读写速度。

BlueStore还具有可扩展性,可以处理数百万个物理盘和千亿个对象。它实现了动态负载平衡和自动恢复机制,以确保高可用性和数据可靠性。

7、Ceph 数据的存储过程

1)客户端从 mon 获取最新的 Cluster Map

2)在 Ceph 中,一切皆对象。Ceph 存储的数据都会被切分成为一到多个固定大小的对象(Object)。Object size 大小可以由管理员调整,通常为 2M 或 4M。
每个对象都会有一个唯一的 OID,由 ino 与 ono 组成:
●ino :即是文件的 FileID,用于在全局唯一标识每一个文件
●ono :则是分片的编号
比如:一个文件 FileID 为 A,它被切成了两个对象,一个对象编号0,另一个编号1,那么这两个文件的 oid 则为 A0 与 A1。
OID 的好处是可以唯一标示每个不同的对象,并且存储了对象与文件的从属关系。由于 Ceph 的所有数据都虚拟成了整齐划一的对象,所以在读写时效率都会比较高。

3)通过对 OID 使用 HASH 算法得到一个16进制的特征码,用特征码与 Pool 中的 PG 总数取余,得到的序号则是 PGID 。
即 Pool_ID + HASH(OID) % PG_NUM 得到 PGID

4)PG 会根据设置的副本数量进行复制,通过对 PGID 使用 CRUSH 算法算出 PG 中目标主和次 OSD 的 ID,存储到不同的 OSD 节点上(其实是把 PG 中的所有对象存储到 OSD 上)。
即通过 CRUSH(PGID) 得到将 PG 中的数据存储到各个 OSD 组中

8、Ceph 版本发行生命周期

Ceph从Nautilus版本(14.2.0)开始,每年都会有一个新的稳定版发行,预计是每年的3月份发布,每年的新版本都会起一个新的名称(例如,“Mimic”)和一个主版本号(例如,13代表Mimic,因为“M”是字母表的第13个字母)。

版本号的格式为 x.y.z,x 表示发布周期(例如,13 代表 Mimic,17 代表 Quincy),y 表示发布版本类型,即
● x.0.z :y等于 0,表示开发版本
● x.1.z :y等于 1,表示发布候选版本(用于测试集群)
● x.2.z :y等于 2,表示稳定/错误修复版本(针对用户)

9、Ceph 集群部署

目前 Ceph 官方提供很多种部署 Ceph 集群的方法,常用的分别是 ceph-deploy,cephadm 和 二进制:
●ceph-deploy :一个集群自动化部署工具,使用较久,成熟稳定,被很多自动化工具所集成,可用于生产部署。

●cephadm :从 Octopus 和较新的版本版本后使用 cephadm 来部署 ceph 集群,使用容器和 systemd 安装和管理 Ceph 集群。目前不建议用于生产环境。

●二进制:手动部署,一步步部署 Ceph 集群,支持较多定制化和了解部署细节,安装难度较大。

10、基于 ceph-deploy 部署 Ceph 集群

主机名 Public网络 Cluster网络 角色
admin 20.0.0.10 admin(管理节点负责集群整体部署)、client
node01 20.0.0.20 20.0.100.20 mon、mgr、osd(/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd)
node02 20.0.0.30 20.0.100.30 mon、mgr、osd(/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd)
node03 20.0.0.40 20.0.100.40 mon、osd(/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd)
client 20.0.0.50 client

(1)系统初始化

(2)根据规划设置主机名及配置hosts解析

hostnamectl set-hostname admin
hostnamectl set-hostname node01
hostnamectl set-hostname node02
hostnamectl set-hostname node03
hostnamectl set-hostname client

所有服务器操作
cat >> /etc/hosts << EOF
20.0.0.10 admin
20.0.0.20 node01
20.0.0.30 node02
20.0.0.40 node03
20.0.0.50 client
EOF

(3)安装常用软件和依赖包

所有服务器

wget -O /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo
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

(4)在 admin 管理节点配置 ssh 免密登录所有节点

20.0.0.10

ssh-keygen -t rsa -P '' -f ~/.ssh/id_rsa
sshpass -p 'abc123' ssh-copy-id -o StrictHostKeyChecking=no root@admin
sshpass -p 'abc123' ssh-copy-id -o StrictHostKeyChecking=no root@node01
sshpass -p 'abc123' ssh-copy-id -o StrictHostKeyChecking=no root@node02
sshpass -p 'abc123' ssh-copy-id -o StrictHostKeyChecking=no root@node03
#-p后面跟的是虚拟机登录密码

(5)五台虚拟机做时间同步

systemctl enable --now chronyd
systemctl status chronyd
 
vim /etc/chrony.conf
注释3、4、5、6行
第七行添加
server ntp.aliyun.com iburst
保存退出


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

(6)配置 Ceph yum源

所有服务器

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

(7)重启主机

所有服务器

sync
reboot

(8)创建 Ceph 工作目录

所有服务器

mkdir -p /etc/ceph

(9)管理节点安装 ceph-deploy 部署工具

20.0.0.10

cd /etc/ceph
yum install -y ceph-deploy
 
ceph-deploy --version

(10)在管理节点为其它节点安装 Ceph 软件包

在admin和三个node节点安装

#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
#若阿里云在线源安装较慢,可将所有服务器使用上述命令切换为清华大学在线源
 
yum install -y ceph-mon ceph-radosgw ceph-mds ceph-mgr ceph-osd ceph-common ceph

(11) 添加网卡

admin和三台node服务器都添加一个网卡
ifconfig #添加完成后查看
四个节点都应该为两个网卡

修改四台添加网卡服务器的ip
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens35  #根据你添加网卡的名称决定,四台都看一下
vim ifcfg-ens35
删除uuid,网卡名称改为ens35,删除网关和dns1,ipaddr改为100网段
systemctl restart network
ifconfig查看设置是否成功

(12)生成初始配置

#在管理节点admin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 20.0.0.0/24 --cluster-network 20.0.100.0/24 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

(13)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 node 三个节点上查看自动开启的 mon 进程
ps aux | grep ceph
 
 
#在管理节点查看 Ceph 集群状态
cd /etc/ceph
ceph -s
  
#查看 mon 集群选举的情况
ceph quorum_status --format json-pretty | grep leader
 
#扩容 mon 节点
ceph-deploy mon add <节点名称>

(14)部署能够管理 Ceph 集群的节点

#可实现在各个节点执行 ceph 命令管理集群
admin服务器
cd /etc/ceph
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   #所有节点都可查看集群状态

 

(15)部署 osd 存储节点

三台node服务器在线创建硬盘,每个节点都要添加三个硬盘
 
echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host0/scan
echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host1/scan
echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host2/scan
#添加硬盘后在线刷新node节点
 
 
#主机添加完硬盘后不要分区,直接使用
 
lsblk 

20.0.0.10

管理节点
#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
 
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



ceph -s

(16)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。
#admin服务器
cd /etc/ceph
ceph-deploy mgr create node01 node02
 
ceph -s #查看
ceph osd status    #查看 osd 状态,需部署 mgr 后才能执行
ceph osd df    #查看 osd 容量,需部署 mgr 后才能执行

#解决 HEALTH_WARN 问题:mons are allowing insecure global_id reclaim问题:
#admin服务器
禁用不安全模式:
ceph config set mon auth_allow_insecure_global_id_reclaim false  ##复制命令还是warn的话,手敲一遍

(17)开启监控模块

20.0.0.20 

#在 ceph-mgr Active节点执行命令开启
 
yum install -y ceph-mgr-dashboard
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
 

浏览器访问:http://20.0.0.20:8000 ,账号密码为 admin/12345678

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