Ceph集群的安装和使用

1. Ceph集群部署

1.1 安装环境介绍

首先介绍一下Ceph安装部署的方法，Ceph社区提供了三种部署方法：

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  • 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，较新的集群自动化部署工具，支持通过图形界面或者命令行界面添加节点，目前不建议用于生产环境
  • manual，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

我们采用成熟、简单的ceph-deploy实现Ceph集群的部署，首先了解一下ceph-deploy的架构：

  • admin-node，需要一个安装管理节点，该安装节点集中管控ceph集群的安装
  • mon，monitor节点，即是Ceph的监视管理节点，承担Ceph集群重要的管理任务，一般需要3或5个节点
  • osd，OSD即Object Storage Daemon，实际负责数据存储的节点

Ceph集群的安装和使用

安装环境以三个节点的方式来完成Ceph集群的部署，如下是各个集群安装部署的信息：

  • 硬件环境：腾讯云CVM，1core+2G+50G系统盘+50G数据盘
  • 操作系统：CentOS Linux release 7.6.1810 (Core)
  • 软件版本：Mimic 13.2.8
  • 部署版本：ceph-deploy  2.0.1
节点名称角色说明IP地址备注说明
node-1admin-node，monitor，OSD10.254.100.101承担ceph-deploy安装部署admin-node角色
2. 充当Ceph Monitor节点
3. 充当Ceph OSD节点，包含一块50G磁盘
node-2OSD10.254.100.102充当Ceph OSD数据存储节点，包含一块50G磁盘
node-3OSD10.254.100.103充当Ceph OSD数据存储节点，包含一块50G磁盘

1.2 前提环境准备

Ceph集群的安装和使用

安装Ceph之前需要将环境提前部署好，部署内容参考上图内容，官方安装时推荐创建一个新的用户来实现安装部署，官方参考文档，本文直接以root的身份实现集群的安装。备注：以下操作除了ssh无密码登陆之外，其他操作均需要在所有节点上执行。

1、主机名设置，以node-1为例

[root@node-1 ~]# hostnamectl set-hostname node-1
[root@node-1 ~]# hostnamectl status
   Static hostname: node-1
         Icon name: computer-vm
           Chassis: vm
        Machine ID: 0ea734564f9a4e2881b866b82d679dfc
           Boot ID: b0bc8b8c9cb541d2a582cdb9e9cf22aa
    Virtualization: kvm
  Operating System: CentOS Linux 7 (Core)
       CPE OS Name: cpe:/o:centos:centos:7
            Kernel: Linux 3.10.0-957.27.2.el7.x86_64
      Architecture: x86-64

2、设置/etc/hosts文件，将node-1至node-3信息写入到/etc/hosts文件中

[root@node-1 ~]# cat /etc/hosts
10.254.100.101 node-1
10.254.100.102 node-2
10.254.100.103 node-3

3、设置ssh无密码登陆，需要需要在node-1上生成key，然后将公钥拷贝到其他节点(包括node-1节点)，如下图

Ceph集群的安装和使用

4、关闭Selinux默认已关闭

[root@node-1 ~]# setenforce 0
[root@node-1 ~]# getenforce

5、关闭iptables防火墙，或者放行对应的端口：Ceph monitor 6789/tcp，Ceph OSD 6800-7300/tcp

[root@node-1 ~]# systemctl stop iptables
[root@node-1 ~]# systemctl stop firewalld
[root@node-1 ~]# systemctl disable iptables
[root@node-1 ~]# systemctl disable firewalld

6、配置好ntp时间同步，Ceph是分布式集群，对时间很敏感，如果时间不正确可能会导致集群奔溃，因此在Ceph集中中设置ntp同步非常关键，推荐使用内网的ntp服务器同步时间，腾讯云CVM默认会同步到内网的ntp时间同步，读者根据需要进行设定

[root@node-1 ~]# grep ^server /etc/ntp.conf 
server ntpupdate.tencentyun.com iburst
[root@node-1 ~]# 
[root@node-1 ~]# ntpq -pn 
     remote           refid      st t when poll reach   delay   offset  jitter
==============================================================================
*169.254.0.2     183.3.239.152    4 u  238 1024  377    5.093    4.443   5.145

7、设置Ceph安装yum源，选择安装版本为octopus

[root@node-1 ~]# cat << EOM > /etc/yum.repos.d/ceph.repo
> [ceph-noarch]
> name=Ceph noarch packages
> baseurl=https://download.ceph.com/rpm-mimic/el7/noarch
> enabled=1
> gpgcheck=1
> type=rpm-md
> gpgkey=https://download.ceph.com/keys/release.asc
> EOM

安装EPEL 仓库
[root@node-1 ~]# sudo yum install -y https://dl.fedoraproject.org/pub/epel/epel-release-latest-7.noarch.rpm

8、安装Ceph-deploy,对应版本为2.0.1，重要：默认epel源中ceph-deploy的版本是1.5，版本较老，会涉及到很多rpm依赖，安装问题，安装前检查好对应的版本，确保无误。

[root@node-1 ~]# yum install ceph-deploy -y
[root@node-1 ~]# ceph-deploy --version
2.0.1

1.3 部署Ceph集群

Ceph-deploy部署过程中会生成一些集群初始化配置文件和key，后续扩容的时候也需要使用到，因此，建议在admin-node上创建一个单独的目录，后续操作都进入到该目录中进行操作，以创建的ceph-admin-node为例。

1、创建一个Ceph cluster集群,可以指定cluster-network（集群内部通讯）和public-network（外部访问Ceph集群）

[root@node-1 ceph-admin ]# ceph-deploy new \
>--cluster-network 10.254.100.0/24 \
>--public-network 10.254.100.0/24 node-1    #创建集群
[ceph_deploy.conf][DEBUG ] found configuration file at: /root/.cephdeploy.conf
[ceph_deploy.cli][INFO  ] Invoked (2.0.1): /usr/bin/ceph-deploy new --cluster-network 10.254.100.0/24 --public-network 10.254.100.0/24 node-1
[ceph_deploy.cli][INFO  ] ceph-deploy options:
[ceph_deploy.cli][INFO  ]  username                      : None
[ceph_deploy.cli][INFO  ]  func                          : 
[ceph_deploy.cli][INFO  ]  verbose                       : False
[ceph_deploy.cli][INFO  ]  overwrite_conf                : False
[ceph_deploy.cli][INFO  ]  quiet                         : False
[ceph_deploy.cli][INFO  ]  cd_conf                       : 
[ceph_deploy.cli][INFO  ]  cluster                       : ceph
[ceph_deploy.cli][INFO  ]  ssh_copykey                   : True
[ceph_deploy.cli][INFO  ]  mon                           : ['node-1']
[ceph_deploy.cli][INFO  ]  public_network                : 10.254.100.0/24
[ceph_deploy.cli][INFO  ]  ceph_conf                     : None
[ceph_deploy.cli][INFO  ]  cluster_network               : 10.254.100.0/24
[ceph_deploy.cli][INFO  ]  default_release               : False
[ceph_deploy.cli][INFO  ]  fsid                          : None
[ceph_deploy.new][DEBUG ] Creating new cluster named ceph
[ceph_deploy.new][INFO  ] making sure passwordless SSH succeeds
[node-1][DEBUG ] connected to host: node-1 
[node-1][DEBUG ] detect platform information from remote host
[node-1][DEBUG ] detect machine type
[node-1][DEBUG ] find the location of an executable
[node-1][INFO  ] Running command: /usr/sbin/ip link show
[node-1][INFO  ] Running command: /usr/sbin/ip addr show
[node-1][DEBUG ] IP addresses found: [u'172.17.0.1', u'10.244.0.1', u'10.244.0.0', u'10.254.100.101']
[ceph_deploy.new][DEBUG ] Resolving host node-1
[ceph_deploy.new][DEBUG ] Monitor node-1 at 10.254.100.101
[ceph_deploy.new][DEBUG ] Monitor initial members are ['node-1']
[ceph_deploy.new][DEBUG ] Monitor addrs are [u'10.254.100.101']
[ceph_deploy.new][DEBUG ] Creating a random mon key...
[ceph_deploy.new][DEBUG ] Writing monitor keyring to ceph.mon.keyring...
[ceph_deploy.new][DEBUG ] Writing initial config to ceph.conf...

通过上面的输出可以看到，new初始化集群过程中会生成ssh key密钥，ceph.conf配置文件，ceph.mon.keyring认证管理密钥，配置cluster network和pubic network，此时查看目录下的文件可以看到如下内容：

[root@node-1 ceph-admin ]# ls -l
总用量 12
-rw-r--r-- 1 root root  265 3月   1 13:04 ceph.conf    #配置文件
-rw-r--r-- 1 root root 3068 3月   1 13:04 ceph-deploy-ceph.log #部署日志文件
-rw------- 1 root root   73 3月   1 13:04 ceph.mon.keyring #monitor认证key

[root@node-1 ceph-admin-node]# cat ceph.conf 
[global]
fsid = cfc3203b-6abb-4957-af1b-e9a2abdfe725
public_network = 10.254.100.0/24  #public网络和cluster网络
cluster_network = 10.254.100.0/24
mon_initial_members = node-1     #monitor的地址和主机名
mon_host = 10.254.100.101
auth_cluster_required = cephx
auth_service_required = cephx
auth_client_required = cephx

2、安装Ceph部署相关的软件，常规通过yum进行安装，由于可能会安装错软件包，因此ceph-deploy提供了一个install的工具辅助软件包的安装，ceph-deploy install node-1 node-2 node-3

[root@node-1 ~]# ceph-deploy install node-1 node-2 node-3

3、初始化monitor节点,执行ceph-deploy mon create-initial做初始化

Ceph集群的安装和使用

初始化完毕后会生成对应的keyring文件，用于ceph认证：

  • ceph.client.admin.keyring
  • ceph.bootstrap-mgr.keyring
  • ceph.bootstrap-osd.keyring
  • ceph.bootstrap-mds.keyring
  • ceph.bootstrap-rgw.keyring
  • ceph.bootstrap-rbd.keyring
  • ceph.bootstrap-rbd-mirror.keyring

4、将认证密钥拷贝到其他节点，便于ceph命令行可以通过keyring和ceph集群进行交互,ceph-deploy admin node-1 node-2 node-3

Ceph集群的安装和使用

此时，Ceph集群已经建立起来，包含一个monitor节点，通过ceph -s可以查看当前ceph集群的状态，由于此时并没有任何的OSD节点，因此无法往集群中写数据等操作,如下是ceph -s查看的输出结果

[root@node-1 ceph-admin]# ceph -s 
  cluster:
    id:     760da58c-0041-4525-a8ac-1118106312de
    health: HEALTH_OK

  services:
    mon: 1 daemons, quorum node-1
    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:  

5、集群中目前还没有OSD节点，因此没法存储数据，接下来开始往集群中添加OSD节点，每个节点上都有一块50G的vdb磁盘，将其加入到集群中作为OSD节点,如ceph-deploy osd create node-1 --data /dev/vdb

Ceph集群的安装和使用

如上已将node-1的vdb添加到ceph集群中，ceph -s可以看到当前有一个osd加入到集群中，执行相同的方法将node-2和node-3上的磁盘添加到集群中

  • ceph-deploy osd create node-2 --data /dev/vdb
  • ceph-deploy osd create node-3 --data /dev/vdb

执行完毕后，三个OSD均已加入到ceph集群中，通过ceph -s可以看到对应三个OSD节点

[root@node-1 ceph-admin]# ceph -s 
  cluster:
    id:     760da58c-0041-4525-a8ac-1118106312de
    health: HEALTH_WARN
            no active mgr

  services:
    mon: 1 daemons, quorum node-1
    mgr: no daemons active
    osd: 3 osds: 3 up, 3 in  #三个OSD，当前状态都是up和in状态

  data:
    pools:   0 pools, 0 pgs
    objects: 0  objects, 0 B
    usage:   0 B used, 0 B / 0 B avail
    pgs:    

也可以通过ceph osd tree查看每隔节点上osd的情况和crush tree的情况

[root@node-1 ~]# ceph osd tree 
ID CLASS WEIGHT  TYPE NAME       STATUS REWEIGHT PRI-AFF 
-1       0.14369 root default                            
-3       0.04790     host node-1                         
 0   hdd 0.04790         osd.0       up  1.00000 1.00000 
-5       0.04790     host node-2                         
 1   hdd 0.04790         osd.1       up  1.00000 1.00000 
-7       0.04790     host node-3                         
 2   hdd 0.04790         osd.2       up  1.00000 1.00000

6、此时Ceph的health状态为HEALTH_WARN告警状态，提示信息为“no active mgr”，因此需要部署一个mgr节点，manager节点在luminous之后的版本才可以部署（本环境部署的是M版本，因此可以支持），将mgr部署到node-1节点，执行ceph-deploy mgr create node-1

Ceph集群的安装和使用

至此，Ceph集群已经部署完毕。通过ceph-deploy工具进行部署完成Ceph集群的自动化部署，后续添加monitor节点，osd节点，mgr节点也会很方便。

2.4 Ceph块存储使用

实战目标：Ceph集群创建资源池，创建RBD块，RBD块的使用

部署完Ceph集群之后，如何在Ceph集群中存储文件呢？ceph提供了三种接口供用户使用，分别是：

  • rbd，块存储，以块的方式使用，通常适用于和虚拟化如KVM结合，用于给虚拟化提供块存储设备
  • object storage，对象存储，通过radosgw提供对象存储api，供用户上传put和get下载对象文件
  • cephfs文，件存储，以cephfs挂载文件系统的方式使用ceph

我们先以Ceph RBD的方式来介绍Ceph集群的使用，通过在Ceph集群中创建一个RBD块文件供用户进行使用，要使用Ceph，首先需要一个资源池pool，pool是Ceph中数据存储抽象的概念，其右多个pg（Placegroup)和pgp组成，创建的时候可以指定pg的数量，pg的大小一般为2^n次方，如下先创建一个pool

1、创建一个pool，其名字为happylau，包含128个PG/PGP，

[root@node-1 ~]# ceph osd pool create happylau 128 128 
pool 'happylau' created

可以查看pool的信息，如查看当前集群的pool列表——lspools，查看pg_num和pgp_num,副本数size大小

查看pool列表
[root@node-1 ~]# ceph osd lspools
1 happylau

查看pg和pgp数量
[root@node-1 ~]# ceph osd pool get happylau pg_num
pg_num: 128
[root@node-1 ~]# ceph osd pool get happylau pgp_num
pgp_num: 128

查看size大小,默认为三副本
[root@node-1 ~]# ceph osd pool get happylau size
size: 3

2、此时pool已经创建好，可以在pool中创建RBD块，通过rbd命令来实现RBD块的创建，如创建一个10G的块存储

[root@node-1 ~]# rbd create -p happylau --image ceph-rbd-demo.img --size 10G

如上创建了一个ceph-rbd-demo.img的RBD块文件，大小为10G，可以通过ls和info查看RBD镜像的列表和详情信息

查看RBD镜像列表
[root@node-1 ~]# rbd -p happylau ls 
ceph-rbd-demo.img

查看RBD详情，可以看到镜像包含2560个objects，每个ojbect大小为4M，对象以rbd_data.10b96b8b4567开头
[root@node-1 ~]# rbd -p happylau info ceph-rbd-demo.img
rbd image 'ceph-rbd-demo.img':
    size 10 GiB in 2560 objects
    order 22 (4 MiB objects)
    id: 10b96b8b4567
    block_name_prefix: rbd_data.10b96b8b4567
    format: 2
    features: layering, exclusive-lock, object-map, fast-diff, deep-flatten
    op_features: 
    flags: 
    create_timestamp: Mon Mar  2 15:32:39 2020

3、RBD存储块已创建起来了，如何使用呢？如果已和虚拟化环境结合，创建好虚拟机然后在磁盘中写数据即可，但此时还未与虚拟化结合（结合难度也比较大，后续再专门讨论），rbd提供了一个map的工具，可以将一个RBD块映射到本地块进行使用，大大简化了使用过程，rbd map时候，exclusive-lock, object-map, fast-diff, deep-flatten的features不支持，因此需要先disable，否则会提示RBD image feature set mismatch报错信息

关闭默认的featrues
[root@node-1 ~]# rbd -p happylau --image ceph-rbd-demo.img feature disable deep-flatten
[root@node-1 ~]# rbd -p happylau --image ceph-rbd-demo.img feature disable fast-diff
[root@node-1 ~]# rbd -p happylau --image ceph-rbd-demo.img feature disable object-map
[root@node-1 ~]# rbd -p happylau --image ceph-rbd-demo.img feature disable exclusive-lock

查看校验featrue信息
[root@node-1 ~]# rbd -p happylau info ceph-rbd-demo.img
rbd image 'ceph-rbd-demo.img':
    size 10 GiB in 2560 objects
    order 22 (4 MiB objects)
    id: 10b96b8b4567
    block_name_prefix: rbd_data.10b96b8b4567
    format: 2
    features: layering
    op_features: 
    flags: 
    create_timestamp: Mon Mar  2 15:32:39 2020

将RBD块map到本地,此时map后，可以看到RBD块设备映射到了本地的一个/dev/rbd0设备上
[root@node-1 ~]# rbd map -p happylau --image ceph-rbd-demo.img
/dev/rbd0
[root@node-1 ~]# ls -l /dev/rbd0
brw-rw---- 1 root disk 251, 0 3月   2 15:58 /dev/rbd0

4、RBD块设备已映射到本地的/dev/rbd0设备上，因此可以对设备进行格式化操作使用

通过device list可以查看到当前机器RBD块设备的映射情况
[root@node-1 ~]# ls -l /dev/rbd0
brw-rw---- 1 root disk 251, 0 3月   2 15:58 /dev/rbd0

该设备可以像本地的一个盘来使用，因此可以对其进行格式化操作
[root@node-1 ~]# mkfs.xfs /dev/rbd0 
meta-data=/dev/rbd0              isize=512    agcount=16, agsize=163840 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=0, sparse=0
data     =                       bsize=4096   blocks=2621440, imaxpct=25
         =                       sunit=1024   swidth=1024 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=8 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
[root@node-1 ~]# blkid /dev/rbd0
/dev/rbd0: UUID="35f63145-0b62-416d-81f2-730c067652a8" TYPE="xfs" 

挂载磁盘到系统中
[root@node-1 ~]# mkdir /mnt/ceph-rbd
[root@node-1 ~]# mount /dev/rbd0 /mnt/ceph-rbd/
[root@node-1 ~]# df -h /mnt/ceph-rbd/
文件系统        容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/rbd0        10G   33M   10G    1% /mnt/ceph-rbd
[root@node-1 ~]# cd /mnt/ceph-rbd/
[root@node-1 ceph-rbd]# echo "testfile for ceph rbd" >rbd.log

2.5 Ceph安装使用小结

本文通过ceph-deploy完成一个1mon节点+1mgr节点+3个osd节点的集群，ceph-deploy安装简化了集群的部署，我在安装过程中遇到了不少报错（主要是rpm版本问题，尤其是ceph-deploy的包，EPEL默认的是1.5版本，需要用到ceph官网的2.0.1，否则会遇到各种各样的问题，1年未安装Ceph，变化很大，不得不感慨社区的发展速度）。

除此之外，介绍了Ceph中RBD的使用方式，资源池pool的创建，rbd镜像创建接口，rbd存储映射的使用，通过接口的使用，演示了Ceph中RBD块存储的使用，如和虚拟化对接，虚拟化产品会调用接口实现相同功能。章节中未介绍object storage对象存储的使用和cephfs文件存储的使用，由于相关组件未安装，后续章节中再做介绍。

另外，还介绍了Ceph另外当前集群只有一个monitor节点，存在单点故障，当node-1节点故障时，整个集群都会处于不可用状态，因此需要部署高可用集群，以避免集群存在单点故障，保障业务的高可用性，下个章节来介绍monitor节点的扩容。


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