Ceph RBD 部署与管理

RBD 介绍

RBD块存储是ceph提供的3种存储类型中使用最广泛，最稳定的存储类型。RBD块类似于磁盘，可以挂载到物理机或虚拟机中，通常的挂载方式有两种:

• Kernel模块（KRBD）
• 利用QEMU模拟器通过LIBRBD方式

块是一个有序字节，普通的一个块大小为512字节。基于块存储是最常见的方式，常见的硬盘、软盘和CD光驱等都是存储数据最简单快捷的设备。

在物理机上提供块设备时，使用的是Kernel的RBD模块，基于内核模块驱动时，可以使用Linux自带的页缓存（Page Caching）来提高性能。
当在虚拟机（比如QUEM/KVM）提供块设备时，通常是使用LIBVIRT调用librbd库的方式提供块设备。

部署RBD

在部署之前，需要检查内核版本，看是否支持RBD，建议升级到4.5以上版本内核

[root@local-node-1 ~]# uname -r
4.4.174-1.el7.elrepo.x86_64
[root@local-node-1 ~]# modprobe rbd

一. 初始化集群

1. 在部署RBD之前，需要先部署一个Ceph 集群，集群状态如下：

[root@local-node-1 ~]# ceph -s
  cluster:
    id:     7bd25f8d-b76f-4ff9-89ec-186287bbeaa5
    health: HEALTH_OK
 
  services:
    mon: 2 daemons, quorum local-node-2,local-node-3
    mgr: ceph-mgr(active)
    osd: 9 osds: 9 up, 9 in
 
  data:
    pools:   0 pools, 0 pgs
    objects: 0  objects, 0 B
    usage:   9.2 GiB used, 81 GiB / 90 GiB avail
    pgs:  
 
[root@local-node-1 ~]# ceph osd tree
ID CLASS WEIGHT  TYPE NAME             STATUS REWEIGHT PRI-AFF 
-1       0.08817 root default                                  
-3       0.02939     host local-node-1                         
 0   hdd 0.00980         osd.0             up  1.00000 1.00000 
 1   hdd 0.00980         osd.1             up  1.00000 1.00000 
 2   hdd 0.00980         osd.2             up  1.00000 1.00000 
-5       0.02939     host local-node-2                         
 3   hdd 0.00980         osd.3             up  1.00000 1.00000 
 4   hdd 0.00980         osd.4             up  1.00000 1.00000 
 5   hdd 0.00980         osd.5             up  1.00000 1.00000 
-7       0.02939     host local-node-3                         
 6   hdd 0.00980         osd.6             up  1.00000 1.00000 
 7   hdd 0.00980         osd.7             up  1.00000 1.00000 
 8   hdd 0.00980         osd.8             up  1.00000 1.00000 

2. 初始pool

ceph osd pool create ceph_rbd 128
rbd pool init ceph_rbd

3. 创建一个块存储的用户：

ceph auth get-or-create client.{ID} mon 'profile rbd' osd 'profile {profile name} [pool={pool-name}][, profile ...]'
 
EG:
# ceph auth get-or-create client.docker mon 'profile rbd' osd 'profile rbd pool=ceph_rbd, profile rbd-read-only pool=images'
[client.docker]
    key = AQDQkK1cpNAKJRAAnaw2ZYeFHsXrsTWX3QonkQ==

4. 添加此用户文件到配置目录

[root@local-node-1 ~]# cat /etc/ceph/ceph.client.docker.keyring
[client.docker]
    key = AQDQkK1cpNAKJRAAnaw2ZYeFHsXrsTWX3QonkQ==

二. 创建块设备镜像

1. 创建一个指定大小的块设备镜像，这里的size单位为M。 ==在下面的所有命令中，如果不指定pool默认操作名为rbd的pool==

rbd create --size {megabytes} {pool-name}/{image-name}
eg:
[root@local-node-1 ~]# rbd create --size 1024 ceph_rbd/docker_image

2. 查看创建的镜像

[root@local-node-1 ~]# rbd ls ceph_rbd
docker_image

3. 列出rbd池中将要延迟删除块设备

[root@local-node-1 ~]# rbd trash ls ceph_rbd

4. 检索镜像的信息：

[root@local-node-1 ~]# rbd info ceph_rbd/docker_image
rbd image 'docker_image':
    size 1 GiB in 256 objects
    order 22 (4 MiB objects)
    id: 1bedc6b8b4567
    block_name_prefix: rbd_data.1bedc6b8b4567
    format: 2
    features: layering, exclusive-lock, object-map, fast-diff, deep-flatten
    op_features: 
    flags: 
    create_timestamp: Wed Apr 10 14:52:48 2019

5. 如果有需要，可以给镜像扩容或者缩容

# 扩容
[root@local-node-1 ~]# rbd resize --size 2048 ceph_rbd/docker_image
Resizing image: 100% complete...done.
 
# 缩容
[root@local-node-1 ~]# rbd resize --size 1024 ceph_rbd/docker_image --allow-shrink
Resizing image: 100% complete...done.

Ceph的块镜像设备是精简配置，在创建他们并指定大小时并不会使用物理存储空间，直到存储数据。但是它们可以通过--size指定最大容量的限制。

6. 删除块设备镜像

 rbd rm ceph_rbd/docker_image

7. 可以将暂时不用的镜像移入trash

# rbd trash mv ceph_rbd/docker_image
 
# rbd trash ls ceph_rbd
1beb76b8b4567 docker_image

8. 如果要恢复trash中的镜像可以执行如下命令：

rbd trash restore ceph_rbd/1beb76b8b4567
 
# 此时trash中将不会有数据，原来的镜像已经恢复
# rbd ls ceph_rbd
docker_image

9. 如果要在恢复的时候重命名镜像，执行如下命令：

rbd trash restore ceph_rbd/1beb76b8b4567 --image docker # 将镜像重命名为docker

10. 删除trash中的镜像，需要使用镜像的ID

rbd trash rm ceph_rbd/1beb76b8b4567

提示：

• 即使这个镜像存在快照，或者它自身某一个克隆正在被使用，都可以将镜像移入trash,但是不能从trash中删除。
• 如果想要删除，可以使用-expires-at设置延迟时间（默认为now），如果延迟时间尚未到期，则除非使用-force，否则无法删除

三. 使用内核模块映射RBD

1. 检查集群版本和可调参数版本：

# 在内核版本为4.5以下的，建议使用hammer，否则会出现无法映射rbd的情况
 
[root@local-node-1 ~]# ceph osd crush show-tunables
{
    "choose_local_tries": 0,
    "choose_local_fallback_tries": 0,
    "choose_total_tries": 50,
    "chooseleaf_descend_once": 1,
    "chooseleaf_vary_r": 1,
    "chooseleaf_stable": 0,
    "straw_calc_version": 1,
    "allowed_bucket_algs": 54,
    "profile": "hammer",
    "optimal_tunables": 0,
    "legacy_tunables": 0,
    "minimum_required_version": "hammer",
    "require_feature_tunables": 1,
    "require_feature_tunables2": 1,
    "has_v2_rules": 0,
    "require_feature_tunables3": 1,
    "has_v3_rules": 0,
    "has_v4_buckets": 1,
    "require_feature_tunables5": 0,
    "has_v5_rules": 0
}
 
# 设置版本
[root@local-node-1 ~]#  ceph osd crush tunables hammer

2. 查看当前存在的镜像

[root@local-node-1 ~]# rbd list ceph_rbd
docker_image

3.在客户端映射块设备（需要安装ceph）

[root@local-node-1 ~]#  rbd device map ceph_rbd/docker_image --id admin
/dev/rbd0

==提示：==
如果在执行映射步骤时出现以下报错，说明当前内核rbd的一些特性并不支持，需要禁用某些特性：

#  rbd device map ceph_rbd/docker_image --id admin
rbd: sysfs write failed
RBD image feature set mismatch. Try disabling features unsupported by the kernel with "rbd feature disable".
In some cases useful info is found in syslog - try "dmesg | tail".
rbd: map failed: (6) No such device or address

禁用特性：

# rbd feature disable ceph_rbd/docker_image exclusive-lock, object-map, fast-diff, deep-flatten

4. 如果设置了密钥认证策略，在映射的时候需要指定密钥，可以是指定keyring文件，也可以是单独保存密钥的文件：

sudo rbd device map rbd/myimage --id admin --keyring /path/to/keyring
sudo rbd device map rbd/myimage --id admin --keyfile /path/to/file
 
eg:
#rbd device map ceph_rbd/docker_image --id docker --keyring /etc/ceph/ceph.client.docker.keyring 
/dev/rbd0

5. 查看映射的块存储

[root@local-node-1 ~]# rbd device list
id pool     image        snap device    
0  ceph_rbd docker_image -    /dev/rbd0 
 
[root@local-node-1 ~]# lsblk  | grep rbd
rbd0                            252:0    0    1G  0 disk 

6. 使用rbd块存储

[root@local-node-1 ~]# mkfs.xfs  /dev/rbd
[root@local-node-1 ~]# mount /dev/rbd0 /mnt

7 . 如果要卸载设备使用如下命令：

[root@local-node-1 ~]# umount  /mnt/
 
[root@local-node-1 ~]# rbd device unmap /dev/rbd0

RBD的特性

当挂载的rbd 被卸载掉之后，块设备中的数据一般情况下不会丢失（强制重启后可能会损坏数据从而不可用），可以重新挂载到另一个主机上。

RBD支持复制，快照和在线扩容等功能。

RBD 快照

快照是映像在某个特定时间点的一份==只读副本==。 Ceph 块设备的一个高级特性就是你可以为映像创建快照来保留其历史。 Ceph 还支持分层快照，让你快速、简便地克隆映像（如 VM 映像）。 Ceph 的快照功能支持 rbd 命令和多种高级接口，包括 QEMU 、 libvirt 、 OpenStack 和 CloudStack 。

如果在做快照时映像仍在进行 I/O 操作，快照可能就获取不到该映像准确的或最新的数据，并且该快照可能不得不被克隆到一个新的可挂载的映像中。所以，我们建议在做快照前先停止 I/O 操作。如果映像内包含文件系统，在做快照前请确保文件系统处于一致的状态或者使用fsck命令先检查挂载的块设备。要停止 I/O 操作可以使用 fsfreeze 命令。 对于虚拟机，qemu-guest-agent 被用来在做快照时自动冻结文件系统。

1. 检查文件系统，在创建快照前冻结IO操作（fsfreeze的更多操作参考: https://blog.pythian.com/fsfreeze-in-linux/）,==执行此命令之后所有对此目录文件的操作都会hang住==

fsfreeze -f /mnt

2. 创建快照：

rbd snap create rbd/foo@snapname
 
EG:
rbd snap create rbd/test@test-snap

3. 快照创建成功后解除IO冻结

 fsfreeze -u /mnt/

4. 查看快照

[root@local-node-1 ~]# rbd snap ls rbd/test
SNAPID NAME         SIZE TIMESTAMP                
     4 test-snap   1 GiB Tue Apr 16 14:49:27 2019 
     5 test-snap-2 1 GiB Tue Apr 16 15:56:18 2019

5. 回滚，回滚后的镜像会保留之前的快照数据，但是它是只读的，不能对其进行写入和删除操作。

 rbd snap rollback rbd/test@test-snap

6. 对于挂载的磁盘，需要卸载后重新挂载，如果挂载出现如下错误：

# mount /dev/rbd0 /mnt/
mount: wrong fs type, bad option, bad superblock on /dev/rbd0,
       missing codepage or helper program, or other error
 
       In some cases useful info is found in syslog - try
       dmesg | tail or so.
 
# 当使用xfs_repair修复时出现如下报错：
xfs_repair  /dev/rbd0
Phase 1 - find and verify superblock...
Phase 2 - using internal log
        - zero log...
ERROR: The filesystem has valuable metadata changes in a log which needs to
be replayed.  Mount the filesystem to replay the log, and unmount it before
re-running xfs_repair.  If you are unable to mount the filesystem, then use
the -L option to destroy the log and attempt a repair.
Note that destroying the log may cause corruption -- please attempt a mount
of the filesystem before doing this.
 
# 使用-L 参数修复：
xfs_repair -L /dev/rbd0

7. 挂载后的文件,系统依然是只读的。

mount /dev/rbd0 /mnt/

8. 如果要删除快照，执行如下命令:

 rbd snap rm rbd/test@test-snap
 
 # 如果要删除一个映像的所有快照，执行：
 rbd snap purge rbd/foo

RBD 复制

Ceph 可以从快照中克隆写时复制副本，由于快照是只读的，当需要对文件进行修改时，我们可以使用快照创建一个写时复制的副本。（Openstack中，使用这种机制创建新的虚拟机，通常使用快照保存镜像，复制这个快照创建新的虚拟机）

Ceph 仅支持克隆 format 2 的映像（即用 rbd create --image-format 2 创建的,这个在新版中是默认的）。内核客户端从 3.10 版开始支持克隆的映像

具体的流程如下：

创建块设备映像-->创建快照-->保护快照-->克隆快照

1. 保护快照。克隆映像要访问父快照。如果用户不小心删除了父快照，所有克隆映像都会损坏。为防止数据丢失，在克隆前必须先保护快照：

# 创建快照
rbd snap create rbd/test@test-snap
 
#列出快照
# rbd snap list rbd/test
SNAPID NAME       SIZE TIMESTAMP                
    10 test-snap 1 GiB Tue Apr 16 17:46:48 2019
 
# 保护快照，这样就无法被删除了
rbd snap protect rbd/test@test-snap

2. 克隆快照，需要指定父存储池，父映像名和快照，子存储池和子镜像名,可以指定不同的存储池：

rbd clone {pool-name}/{parent-image}@{snap-name} {pool-name}/{child-image-name}
 
EG:
rbd clone rbd/test@test-snap rbd/test-new

查看新创建的镜像：

# rbd  ls
test
test-new

3. 取消快照保护

rbd snap unprotect rbd/test@test-snap

4. 查看快照的生成的子镜像

# rbd children rbd/test@test-snap
rbd/test-new
 
[root@local-node-1 ~]# rbd --pool rbd --image test-new info
rbd image 'test-new':
    size 1 GiB in 256 objects
    order 22 (4 MiB objects)
    id: ba9096b8b4567
    block_name_prefix: rbd_data.ba9096b8b4567
    format: 2
    features: layering
    op_features: 
    flags: 
    create_timestamp: Tue Apr 16 17:53:51 2019
    parent: rbd/test@test-snap              # 此处显示了父快照等关联信息
    overlap: 1 GiB

5. 扁平化镜像，使它和父镜像脱离依赖关联，防止父镜像改动后对新镜像产生影响：

rbd flatten rbd/test-new

6. 此时，新生成的镜像就可以任意读写了。

RBD在线扩容

1. 对已经挂载的rbd进行扩容：

# rbd resize ceph_rbd/docker_image --size  4096
Resizing image: 100% complete...done.

2. 查看扩容后的状态：

# rbd info ceph_rbd/docker_image
rbd image 'docker_image':
    size 4 GiB in 1024 objects
    order 22 (4 MiB objects)
    id: 1bef96b8b4567
    block_name_prefix: rbd_data.1bef96b8b4567
    format: 2
    features: layering
    op_features: 
    flags: 
    create_timestamp: Wed Apr 10 15:50:21 2019

3. 检查客户机上的容量是否被内核所接受：

# xfs_growfs -d /mnt
meta-data=/dev/rbd0              isize=512    agcount=9, agsize=31744 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=0 spinodes=0
data     =                       bsize=4096   blocks=262144, imaxpct=25
         =                       sunit=1024   swidth=1024 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
log      =internal               bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=8 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
data blocks changed from 262144 to 1048576
 
# lsblk  | grep mnt
rbd0                                                                                                  252:0    0    4G  0 disk /mnt

4. 直接上传超过1G的文件，发现xfs文件系统已经自动扩容了：

# df -h | grep mnt
/dev/rbd0       4.0G  3.1G  998M  76% /mnt

RBD 在线缩容 （作死操作，仅用于测试）

1. 在执行缩容操作时，确认有足够的空余空间，否则可能会丢失数据：

# rbd resize --size 2048 ceph_rbd/docker_image --allow-shrink
Resizing image: 100% complete...done.

2. 查看缩容后的挂载盘：

# lsblk |grep mnt
rbd0                 252:0    0    2G  0 disk /mnt
 
# xfs_growfs -d /mnt/
meta-data=/dev/rbd0              isize=512    agcount=34, agsize=31744 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=0 spinodes=0
data     =                       bsize=4096   blocks=1048576, imaxpct=25
         =                       sunit=1024   swidth=1024 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
log      =internal               bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=8 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
data size 524288 too small, old size is 1048576

3. 不建议这样操作。

RBD 卸载

==如果要卸载RBD，存放的数据会丢失。==

1. 卸载磁盘，取消映射

[root@local-node-3 mnt]# df -h | grep mnt
...
/dev/rbd0       2.0G   33M  2.0G   2% /mnt
 
[root@local-node-3 ~]# rbd device list
id pool     image        snap device    
0  ceph_rbd docker_image -    /dev/rbd0 
 
[root@local-node-3 ~]# rbd device unmap /dev/rbd0

2. 删除rbd镜像

[root@local-node-3 ~]# rbd ls ceph_rbd
docker_image
 
[root@local-node-3 ~]# rbd info ceph_rbd/docker_image
rbd image 'docker_image':
    size 2 GiB in 512 objects
    order 22 (4 MiB objects)
    id: 1bef96b8b4567
    block_name_prefix: rbd_data.1bef96b8b4567
    format: 2
    features: layering
    op_features: 
    flags: 
    create_timestamp: Wed Apr 10 15:50:21 2019
 
[root@local-node-3 ~]# rbd trash ls ceph_rbd
 
# 将rbd移除到trash，也可以直接删除
[root@local-node-3 ~]#  rbd trash mv ceph_rbd/docker_image
 
[root@local-node-3 ~]# rbd trash ls ceph_rbd
1bef96b8b4567 docker_image
 
# 从trash 中删除镜像  
[root@local-node-3 ~]# rbd trash rm ceph_rbd/1bef96b8b4567
Removing image: 100% complete...done.
 
[root@local-node-3 ~]# rbd trash ls ceph_rbd
 
[root@local-node-3 ~]# rbd ls ceph_rbd

3. 删除池

[root@local-node-3 ~]# ceph osd lspools
7 ceph_rbd
 
[root@local-node-3 ~]# ceph osd pool rm ceph_rbd ceph_rbd --yes-i-really-really-mean-it
pool 'ceph_rbd' removed

4. 查看集群状态：

[root@local-node-3 ~]# ceph -s
  cluster:
    id:     7bd25f8d-b76f-4ff9-89ec-186287bbeaa5
    health: HEALTH_OK
 
  services:
    mon: 3 daemons, quorum local-node-1,local-node-2,local-node-3
    mgr: ceph-mgr(active)
    osd: 9 osds: 9 up, 9 in
 
  data:
    pools:   0 pools, 0 pgs
    objects: 0  objects, 0 B
    usage:   9.3 GiB used, 81 GiB / 90 GiB avail
    pgs:  
 
[root@local-node-3 ~]# ceph osd tree
ID CLASS WEIGHT  TYPE NAME             STATUS REWEIGHT PRI-AFF 
-1       0.08817 root default                                  
-3       0.02939     host local-node-1                         
 0   hdd 0.00980         osd.0             up  1.00000 1.00000 
 1   hdd 0.00980         osd.1             up  1.00000 1.00000 
 2   hdd 0.00980         osd.2             up  1.00000 1.00000 
-5       0.02939     host local-node-2                         
 3   hdd 0.00980         osd.3             up  1.00000 1.00000 
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-7       0.02939     host local-node-3                         
 6   hdd 0.00980         osd.6             up  1.00000 1.00000 
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