分布式系统—存储ceph部署

一、存储概述

1 单机存储设备

2 单机存储的问题

3 商业存储解决方案

4 分布式存储

二、ceph概述

1 ceph优点

2 ceph架构

3 ceph核心组件

4 OSD存储后端

5 ceph数据存储过程

6 ceph版本发行生命周期

7 ceph集群部署

三、基于 ceph-deploy 部署 Ceph 集群

1 根据规划设置主机名

2 配置 hosts 解析

3 安装常用软件和依赖包

4 在 admin 管理节点(100)配置 ssh 免密登录所有节点

5 配置时间同步

6 配置 Ceph yum源

7 执行完上面所有的操作之后重启所有主机

8 所有节点都创建 Ceph 工作目录

9 管理节点安装 ceph-deploy 部署工具

10 在管理节点为其它节点安装 Ceph 软件包

11 添加网卡

12 生成初始配置

13 在管理节点初始化 mon 节点

14 部署能够管理 Ceph 集群的节点

15 部署 osd 存储节点

16 部署 mgr 节点

17 开启监控模块

一、存储概述

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

二、ceph概述

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。

1 ceph优点

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

2 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

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。

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。

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

3 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。

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。

4 OSD存储后端

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

FileStore 将对象存储为块设备基础上的文件系统（通常是 XFS）中的文件

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

5 ceph数据存储过程

1）文件会默认以4M大小进行分片成一个或多个数据对象(object)

2）每个数据对象都有一个oid（由文件ID(ino)和分片编号(non)组成），通过对oid使用hash算法得

到一个16进制的数值，再除以Pool里的PG总数取余，获取到数据对象的pgid

3）通过对pgid使用crush算法获取到PG所映射的OSD的ID，如果是多副本，则会有多个OSD的ID

（PG和OSD的映射关系是在创建Pool的时候就确定好了的）

4）将数据对象存储到PG所映射的OSD里

6 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）