一、存储概述
1.单机存储设备
1.1 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
1.2 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
1.3 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（软件定义的存储 SDS）
Ceph、TFS、FastDFS、MooseFS（MFS）、HDFS、GlusterFS（GFS）
存储机制会把数据分散存储到多个节点上，具有高扩展性、高性能、高可用性等优点。
4.1 分布式存储的类型
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。
1.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。
2. Ceph 架构
自下向上，可以将Ceph系统分为四个层次。
2.1 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。
2.2 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。
2.3 高层应用接口
2.3.1 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。
2.3.2 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。
2.3.3 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。
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。
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。
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）
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：BlueStore是一个特殊用途的存储后端，专门为OSD工作负载管理磁盘上的数据而设计。BlueStore 的设计是基于十年来支持和管理 Filestore 的经验。BlueStore 相较于 Filestore，具有更好的读写性能和安全性。
BlueStore 的主要功能包括：
- BlueStore直接管理存储设备，即直接使用原始块设备或分区管理磁盘上的数据。这样就避免了抽象层的介入（例如本地文件系统，如XFS)，因为抽象层会限制性能或增加复杂性。
- BlueStore使用RocksDB进行元数据管理。RocksDB的键/值数据库是嵌入式的，以便管理内部元数据，包括将对象名称映射到磁盘上的块位置。
- 写入BlueStore的所有数据和元数据都受一个或多个校验和的保护。未经验证，不会从磁盘读取或返回给用户任何数据或元数据。
- 支持内联压缩。数据在写入磁盘之前可以选择性地进行压缩。
- 支持多设备元数据分层。BlueStore允许将其内部日志（WAL预写日志）写入单独的高速设备（如SSD、NVMe或NVDIMM)，以提高性能。如果有大量更快的可用存储，则可以将内部元数据存储在更快的设备上。
- 支持高效的写时复制。RBD和CephFS快照依赖于在BlueStore中有效实现的即写即复制克隆机制。这将为常规快照和擦除编码池（依赖克隆实现高效的两阶段提交）带来高效的I/O。
5.Ceph 数据的存储过程
- 客户端从 mon 获取最新的 Cluster Map
- 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。
- 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。
- 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
- 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。CRUSH 是 Ceph 使用的数据分布算法，类似一致性哈希，让数据分配到预期的地方。
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。
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）
7.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。
8.Ceph 生产环境推荐
- 存储集群全采用万兆网络
- 集群网络（cluster-network，用于集群内部通讯）与公共网络（public-network，用于外部访问Ceph集群）分离
- mon、mds 与 osd 分离部署在不同主机上（测试环境中可以让一台主机节点运行多个组件）
- OSD 使用 SATA 亦可
- 根据容量规划集群
- 至强E5 2620 V3或以上 CPU，64GB或更高内存
- 集群主机分散部署，避免机柜的电源或者网络故障
三、基于 ceph-deploy 部署 Ceph 集群的准备工作
Ceph 环境规划
主机名 Public网络 Cluster网络 角色
admin 192.168.88.10 admin（管理节点负责集群整体部署）、client
node01 192.168.88.20 192.168.100.20 mon、mgr、osd（/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd）
node02 192.168.88.30 192.168.100.30 mon、mgr、osd（/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd）
node03 192.168.88.40 192.168.100.40 mon、osd（/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd）
client 192.168.88.50 client
可选步骤：创建 Ceph 的管理用户
useradd cephadm
passwd cephadm
visudo
cephadm ALL=(root) NOPASSWD:ALL
1.关闭 selinux 与防火墙
systemctl disable --now firewalld
setenforce 0
sed -i &39; /etc/selinux/config
2.根据规划设置主机名
hostnamectl set-hostname admin
hostnamectl set-hostname node01
hostnamectl set-hostname node02
hostnamectl set-hostname node03
hostnamectl set-hostname client
3.配置 hosts 解析
cat >> /etc/hosts << EOF
192.168.88.10 admin
192.168.88.20 node01
192.168.88.30 node02
192.168.88.40 node03
192.168.88.50 client
EOF
4.安装常用软件和依赖包
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
5.在 admin 管理节点配置 ssh 免密登录所有节点
ssh-keygen -t rsa -P &39; -f ~/.ssh/id_rsa
vim /etc/ssh/ssh_config
StrictHostKeyChecking no 39;123456&39;123456&39;123456&39;123456&开启 NTP
timedatectl set-timezone Asia/Shanghai 强制同步下系统时钟
timedatectl status 查看 ntp 源服务器信息
timedatectl set-local-rtc 0 重启依赖于系统时间的服务
systemctl restart rsyslog
systemctl restart crond
执行完上面所有的操作之后重启所有主机（可选）
sync
reboot
8.为node节点配备双网卡
cd /etc/sysconfig/network-scripts/
cp ifcfg-ens33 ifcfg-ens35
vim ifcfg-ens35
在线刷新磁盘
echo &34; > /sys/class/scsi_host/host0/scan
echo &34; > /sys/class/scsi_host/host1/scan
echo &34; > /sys/class/scsi_host/host2/scan
四、部署 Ceph 集群
1.安装 ceph-deploy 部署工具
在admin节点安装
cd /etc/ceph
yum install -y ceph-deploy
ceph-deploy --version
2.在管理节点为其它节点安装 Ceph 软件包
ceph-deploy install 本质就是在执行下面的命令：
yum clean all
yum -y install epel-release
yum -y install yum-plugin-priorities
yum -y install ceph-release ceph ceph-radosgw
39;smirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ceph39; /etc/yum.repos.d/ceph.repo
yum install -y ceph-mon ceph-radosgw ceph-mds ceph-mgr ceph-osd ceph-common ceph
3.生成初始配置
命令执行成功后会在 /etc/ceph 下生成配置文件
ls /etc/ceph
ceph.conf monitor的日志
ceph.mon.keyring 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 --overwrite-conf 参数用于表示强制覆盖配置文件
4.1命令执行成功后会在 /etc/ceph 下生成配置文件
ceph-deploy gatherkeys node01 引导启动 mds 的密钥文件
ceph.bootstrap-mgr.keyring 引导启动 osd 的密钥文件
ceph.bootstrap-rgw.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
4.2查看状态
在管理节点查看 Ceph 集群状态
cd /etc/ceph
ceph -s
扩容 mon 节点
ceph-deploy mon add <节点名称>
5.部署能够管理 Ceph 集群的节点（可选)
向所有 mon 节点同步配置，确保所有 mon 节点上的 ceph.conf 内容必须一致
ceph-deploy admin node01 node02 node03 在 mon 节点上查看
ls /etc/ceph
ceph.client.admin.keyring ceph.conf rbdmap tmpr8tzyc
cd /etc/ceph
ceph -s
6.部署 osd 存储节点
如果是利旧的硬盘，则需要先擦净（删除分区表）磁盘（可选，无数据的新硬盘可不做）
cd /etc/ceph
ceph-deploy disk zap node01 /dev/sdb
ceph-deploy disk zap node02 /dev/sdb
ceph-deploy disk zap node03 /dev/sdb
6.1添加 osd 节点
查看 osd 状态，需部署 mgr 后才能执行
ceph osd df 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。
cd /etc/ceph
ceph-deploy mgr create node01 node02
ceph -s
34;12345678" > dashboard_passwd.txt
ceph dashboard set-login-credentials admin -i dashboard_passwd.txt
或
ceph dashboard ac-user-create admin administrator -i dashboard_passwd.txt
8.8 访问查看监控模块
浏览器访问：http://192.168.80.11:8000 ，账号密码为 admin/12345678
