ceph存储之RBD块存储

目录

• 一、ceph资源池的相关概念
  • 1.1 创建存储池
  • 1.2 ceph中pg与pgp的关系
  • 1.3 调整存储池副本数
  • 1.4 调整存储池的pg即pgp数量
• 二、RDB（块存储）
  • 2.1 创建rbd
  • 2.2 查看块文件的详细信息
  • 2.3 删除块设备
  • 2.4 内核级别挂载使用块设备
  • 2.5 删除块设备不支持的特性
  • 2.6 查看块设备
  • 2.7 格式化并使用块设备
  • 2.8 RBD数据写入流程
  • 2.9 RDB块设备扩容

无论是通过Ceph块设备、对象存储还是文件系统，Ceph存储群集都从Ceph客户端接收数据，并将其存储为对象。每个对象对应于文件系统中的一个文件，该文件存储在对象存储设备上。Ceph OSD守护程序处理存储磁盘上的读/写操作。

此博文基于部署ceph集群 （Nautilus版）进行操作！

没有特殊声明，在 ceph-node-11 节点上执行

一、ceph资源池的相关概念

Ceph存储系统支持“池”的概念，“池”是用于存储对象的逻辑分区。

Ceph客户端从Ceph监控器检索集群映射，并将对象写入池中。池的size副本数或副本数，CRUSH规则和放置组的数量决定了Ceph将如何放置数据。

1.1 创建存储池

$ ceph osd pool create ceph-demo 64 64      # 创建一个名字为ceph-demo的pool（第一个64是pg数量，第二个64是pgp数量） 
pool 'ceph-demo' created

$ ceph osd lspools     # 查看当前所有pool
1 ceph-demo

$ ceph osd pool application enable ceph-demo rbd    # 将 ceph-demo 池分类为 rbd
enabled application 'rbd' on pool 'ceph-demo'

$ ceph osd pool application get ceph-demo     # 查看资源池类型为rbd
{
    "rbd": {}
}

1.2 ceph中pg与pgp的关系

pg是用来存放object的，pgp相当于是pg存放osd的一种排列组合！

举例说明：比如有3个osd，osd1、osd2、osd3 ，副本数是2，如果pgp的数目是1，那么所有的pg存放的osd组合就只有一种，可能是[osd.1,osd.2]，那么所有的pg主从副本分别存放到osd.1和osd.2，如果pgp设为2，那么其osd组合可以两种，可能是[osd.1,osd.2]和[osd.1,osd.3]，是不是很像我们高中数学学过的排列组合，pgp就是代表这个意思。一般来说应该将pg和pgp的数量设置为相等。

1.3 调整存储池副本数

$ ceph osd pool get ceph-demo size     # 查看pool的副本数（默认副本为3）
size: 3

$ ceph osd pool set ceph-demo size 2    # 调整pool副本数为2
$ ceph osd pool get ceph-demo size      
size: 2

1.4 调整存储池的pg即pgp数量

$ ceph osd pool get ceph-demo pg_num   # 查看pg和pgp的数量
pg_num: 64

$ ceph osd pool get ceph-demo pgp_num
pgp_num: 64

$ ceph osd pool set ceph-demo pg_num 128   # 调整pg数量为128
set pool 1 pg_num to 128
$ ceph osd pool get ceph-demo pg_num        # 查看确认
pg_num: 128

$ ceph osd pool set ceph-demo pgp_num 128   # 最好将pgp数量调整为和pg数量一致
set pool 1 pgp_num to 128
$ ceph osd pool get ceph-demo pgp_num   # 查看确认
pgp_num: 128

二、RDB（块存储）

ceph集群搭建起来后，可以在ceph集群上进行块存储、对象存储以及文件系统存储。从架构上来看，在ceph集群的上面是rados协议，该协议为使用ceph集群的用户提供必要的支持（ceph用户通过调用rados协议来使用ceph集群）。对于块存储来说，可以通过内核模块的方式使用ceph集群也可以通过用户态调用librbd库来使用ceph集群。通过内核模块方式可以充分的利用内核的page cache机制，而通过用户态调用librbd也可以使用librbd在用户态提供的cache方式提高性能。

在进行创建rbd之前，需要先按照上面的操作，创建出来一个可用的pool。

2.1 创建rbd

$ rbd -p ceph-demo ls        # 确认当前pool中没有rbd

$ rbd create -p ceph-demo --image rbd-demo.img --size 10G
# 基于ceph-demo池创建名称为rbd-demo.img的块文件

$ rbd create ceph-demo/rbd-demo-1.img --size 10G 
# 换种语法格式创建第二个块文件

$ rbd -p ceph-demo ls  # 查看ceph-demo池中的块文件
rbd-demo-1.img
rbd-demo.img

2.2 查看块文件的详细信息

$ rbd info ceph-demo/rbd-demo.img    # 查看rbd-demo.img块文件
rbd image 'rbd-demo.img':    # 此块设备大小为10G，包含了2560个object，每个object的大小为4M
        size 10 GiB in 2560 objects
        order 22 (4 MiB objects)
        snapshot_count: 0
        id: 11194f22705d
        block_name_prefix: rbd_data.11194f22705d
        format: 2
        features: layering, exclusive-lock, object-map, fast-diff, deep-flatten
        op_features:
        flags:
        create_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        access_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        modify_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
$ rbd info -p ceph-demo --image rbd-demo.img  # 查看rbd-demo-1.img块文件
rbd image 'rbd-demo.img':
        size 10 GiB in 2560 objects
        order 22 (4 MiB objects)
        snapshot_count: 0
        id: 11194f22705d
        block_name_prefix: rbd_data.11194f22705d
        format: 2
        features: layering, exclusive-lock, object-map, fast-diff, deep-flatten
        op_features:
        flags:
        create_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        access_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        modify_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021

2.3 删除块设备

$ rbd -p ceph-demo rm --image rbd-demo-1.img
Removing image: 100% complete...done.

$ rbd -p ceph-demo ls   # 确认已删除
rbd-demo.img

2.4 内核级别挂载使用块设备

$ rbd map ceph-demo/rbd-demo.img
# 默认创建的块文件有些特性不支持，会报错如下
rbd: sysfs write failed
RBD image feature set mismatch. You can disable features unsupported by the kernel with "rbd feature disable ceph-demo/rbd-demo.img object-map fast-diff deep-flatten".
In some cases useful info is found in syslog - try "dmesg | tail".
rbd: map failed: (6) No such device or address

2.5 删除块设备不支持的特性

$ rbd info ceph-demo/rbd-demo.img   # 查看块设备特性
rbd image 'rbd-demo.img':
        size 10 GiB in 2560 objects
        order 22 (4 MiB objects)
        snapshot_count: 0
        id: 11194f22705d
        block_name_prefix: rbd_data.11194f22705d
        format: 2
        features: layering, exclusive-lock, object-map, fast-diff, deep-flatten
        op_features:
        flags:
        create_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        access_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        modify_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021

# 删除不支持的特性
$ rbd feature disable ceph-demo/rbd-demo.img deep-flatten
$ rbd feature disable ceph-demo/rbd-demo.img  fast-diff        
# 删除上面两个后，就可以再次进行内核级别挂载了，如果还不行，再删除下面两个
$ rbd feature disable ceph-demo/rbd-demo.img  object-map
$ rbd feature disable ceph-demo/rbd-demo.img  exclusive-lock

$ rbd info ceph-demo/rbd-demo.img      # 确认不支持的特性已删除 
rbd image 'rbd-demo.img':
        size 10 GiB in 2560 objects
        order 22 (4 MiB objects)
        snapshot_count: 0
        id: 11194f22705d
        block_name_prefix: rbd_data.11194f22705d
        format: 2
        features: layering    # layering特性需要保持
        op_features:
        flags:
        create_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        access_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        modify_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        
$ rbd map ceph-demo/rbd-demo.img   # 再次映射块设备
/dev/rbd0        

2.6 查看块设备

$ rbd device list
id pool      namespace image        snap device
0  ceph-demo           rbd-demo.img -    /dev/rbd0

$ lsblk /dev/rbd0
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
rbd0 252:0    0  10G  0 disk

至此，就可以将/dev/rbd0当成我们一个本地的磁盘来使用了。

2.7 格式化并使用块设备

如果将ceph对接云平台，当成云盘来使用，那么不建议对块设备进行分区，这样可以避免块设备扩容带来的麻烦。

$ 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

# 挂载并测试使用
$ mkdir /data && mount /dev/rbd0 /data/
$ echo 'test block' > /data/test.txt 

2.8 RBD数据写入流程

一个文件被切割成多个object，每个object大小为4M，object存储到pg上（经过hash运算，再取掩码，得到它要落到哪个pg上，），pg再通过crush算法，最终找到对应的osd上。

2.9 RDB块设备扩容

rdb块设备，支持扩缩容，但是对于缩容操作，强烈不建议，可能会造成数据丢失。

$ rbd -p ceph-demo info --image rbd-demo.img    # 确认当前块设备大小
rbd image 'rbd-demo.img':
        size 10 GiB in 2560 objects
        order 22 (4 MiB objects)
        snapshot_count: 0
        id: 11194f22705d
        block_name_prefix: rbd_data.11194f22705d
        format: 2
        features: layering
        op_features:
        flags:
        create_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        access_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        modify_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        
$ rbd resize ceph-demo/rbd-demo.img --size 20G
# 从10G大小扩容到20G
Resizing image: 100% complete...done.

$ rbd -p ceph-demo info --image rbd-demo.img    # 确认已扩容20G
rbd image 'rbd-demo.img':
        size 20 GiB in 5120 objects
        order 22 (4 MiB objects)
        snapshot_count: 0
        id: 11194f22705d
        block_name_prefix: rbd_data.11194f22705d
        format: 2
        features: layering
        op_features:
        flags:
        create_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        access_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        modify_timestamp: Sun Jun 13 17:13:51 2021
        
$ df -hT /data   # 此时块设备已经扩容，但文件系统还未识别到，如下，还是原来的10G
文件系统       类型  容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/rbd0      xfs    10G   33M   10G    1% /data        
$ xfs_growfs /dev/rbd0
$ partprobe
# 扩容文件系统（原磁盘是xfs格式的，故需要使用xfs_growfs指令扩容）

$ resize2fs /dev/rbd0
# 如果你格式化为ext4的，请执行该命令

$ df -hT /data    # 确认已扩容成功
文件系统       类型  容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/rbd0      xfs    20G   34M   20G    1% /data