Ceph集群CephFS文件存储核心概念及部署使用详解

1.CephFS文件存储核心概念

1.1.CephFS文件存储简介

官方文档：docs.ceph.com/en/pacific/…

传统的文件存储通常使用的是NAS存储，通过NFS协议来实现，NFS类型的文件存储可以同时共享给多个客户端使用，传输协议简单，只要有网络就可以实现。

对于存储而言，高可用性是必须具备的，一旦存储宕机，就会影响应用程序的使用，而NAS存储最典型的缺点就是单点故障。

在Ceph分布式存储系统中有关于文件存储的存储类型，称之为CephFS，CephFS是一个符合POSIX的文件系统，构建在Ceph对象存储Rados之上，CephFS可以为各种应用程序提供最先进的、多用途、高可用性和高性能的文件存储。

CephFS文件系统至少需要一个MDS（Metadata Server组件）来存储文件系统的元数据信息，因此在使用CephFS文件存储之前，首先要在集群中部署MDS组件，我们希望CephFS文件存储具备高可用性，所以MDS组件一般都会在集群中部署多个，大多数情况下都是三个MDS组件。

CephFS支持用户级别和内核级别的挂载使用，可扩展性极高，并且可以同时让多个Client客户端进行读写。

简而言之：CephFS文件存储就是提供类似NFS服务的共享存储系统，相当于基于NFS的分布式文件存储系统，多个客户端可以同时去挂载这个文件存储系统，并且还可以提供高可靠服务。

1.2.CephFS文件存储架构

CephFS文件系统的核心组件有：

MDS：MDS组件主要用于保存文件的元数据信息，会单独存放在一个Pool资源池中。

MDS支持高可用性，默认采用主备模式，也可以配置成多主模式。

Client：客户端。

RADOS：CephFS也是基于RADOS来实现文件存储的，CephFS文件存储中的文件数据与文件的元数据都是单独在不同的Pool资源池中存储的。

Ceph集群如果想要实现CephFS文件存储，首先需要在集群中准备MDS组件，MDS组件主要是来保存文件存储中文件的元数据信息，一般会部署三个MDS组件，形成高可用模式，其中一个MDS的Active状态提供服务，另外两个都是Standby的状态，当Active状态的MDS挂掉后，Standby状态的MDS之间会就进行选举，选举成功的MDS节点就会成为集群中的Active。

MDS组件会将文件的元数据信息写在Journal日志中，最终Journal日志中的文件元数据信息会写入到一个Metadata的Pool资源池中，所有的MDS节点都会连接这个Pool资源池，并且MDS各节点之间会交换元数据信息，当Active状态的MDS组件挂掉了，选举出来的MDS会从Metadata Pool资源池获取整个集群中所有文件的元数据信息。

CephFS会将用户写入的文件数据与文件的元数据分开存放在不同的Pool资源池中，将数据与元数据分开存储。

Client客户端可以直接在存放数据的Pool资源池中写入文件数据，写入的文件依旧会被拆分成多个Object对象文件，这些Object对象文件写入到PG中，最后通过CRUSH算法存储在多个OSD中。

1.3.CephFS文件系统的应用场景与特性

应用场景：

• 为K8S集 * od资源提供持久化存储。

• 多个服务器同时挂载一个文件系统，同时进行读写。

CephFS文件系统多MDS的优势及特点：

• 当元数据默认的单个MDS成为瓶颈时，配置多个活跃的MDS守护进程，提升集群性能。

• 多个活跃的MDS有利于性能提升。

• 多个活跃的MDS可以实现MDS负载均衡。

• 多个活跃的MDS可以实现多租户资源隔离。

• 它能够将文件系统树分割成子树，每个子树可以交给特定的MDS进行权威管理，从而达到了随着元数据服务器数量的增加，集群性能线性地扩展。

• 每个子树都是基于元数据在给定目录树中的热动态创建的。

• 一旦创建了子树，它的元数据就被迁移到一个未加载的MDS。

• 后续客户端对先前授权的MDS的请求被转发。

2.在Ceph集群中部署MDS组件

1.在集群所有节点都安装mds组件
yum -y install ceph-mds
2.将所有的ceph节点都部署mds组件形成高可用集群
[root@ceph-node-1 ~]# cd /data/ceph-deploy/
[root@ceph-node-1 ceph-deploy]# ceph-deploy mds create ceph-node-1 ceph-node-2 ceph-node-3

3.查看集群状态
[root@ceph-node-1 ceph-deploy]# ceph -s
  cluster:
    id:     a5ec192a-8d13-4624-b253-5b350a616041
    health: HEALTH_OK
  services:
    mon: 3 daemons, quorum ceph-node-1,ceph-node-2,ceph-node-3 (age 19h)
    mgr: ceph-node-1(active, since 19h), standbys: ceph-node-2, ceph-node-3
    mds:  3 up:standby
    osd: 6 osds: 6 up (since 18h), 6 in (since 18h)
    rgw: 1 daemon active (ceph-node-1)
  task status:
  data:
    pools:   7 pools, 320 pgs
    objects: 252 objects, 161 KiB
    usage:   6.1 GiB used, 54 GiB / 60 GiB avail
    pgs:     320 active+clean

可以看到集群中已经有3个MDS组件了，但是状态都处于standby，那是因为集群中还没有创建CephFS文件系统，导致MDS组件无法选举。

3.在Ceph集群中创建一个CephFS文件存储系统

一个Cephfs文件存储系统至少需要两个Rados资源池，一个资源池用于存放文件数据，另一个资源池用于存放文件的元数据信息，如果元数据资源池中的任何数据丢失，都有可能导致整个文件系统无法访问。

对元数据资源池建议使用较低延迟的OSD，例如可以使用SSD硬盘的OSD，元数据资源池的延迟直接会影响在客户端中文件系统操作的延迟。

3.1.为CephFS文件存储系统创建Pool资源池

创建好这两个Pool资源池后，只能为一个cephfs文件存储系统使用，如果集群中需要创建多个cephfs文件系统，则需要创建多个元数据池和数据池，一个元数据资源池和数据资源池只能为一个Cephfs文件系统提供使用。

1.创建元数据资源池
[root@ceph-node-1 ~]# ceph osd pool create cephfs_metadata 16 16
pool 'cephfs_metadata' created
2.创建数据资源池
[root@ceph-node-1 ~]# ceph osd pool create cephfs_data 16 16
pool 'cephfs_data' created
3.查看创建的资源池
[root@ceph-node-1 ~]# ceph osd lspools
1 ceph-rbd-data
2 .rgw.root
3 default.rgw.control
4 default.rgw.meta
5 default.rgw.log
6 default.rgw.buckets.index
7 default.rgw.buckets.data
8 cephfs_metadata
9 cephfs_data

3.2.创建CephFS文件系统

命令格式：ceph fs new {cephfs_name} {metadata_pool} {data_pool}

1.创建cephfs文件存储
[root@ceph-node-1 ~]# ceph fs new cephfs-storage cephfs_metadata cephfs_data
new fs with metadata pool 8 and data pool 9
2.查看创建的cephfs文件存储
[root@ceph-node-1 ~]# ceph fs  ls
name: cephfs-storage, metadata pool: cephfs_metadata, data pools: [cephfs_data ]
[root@ceph-node-1 ~]# ceph fs volume ls
[
    {
        "name": "cephfs-storage"
    }
]

3.3.再次观察Ceph集群的状态

[root@ceph-node-1 ~]# ceph -s
  cluster:
    id:     a5ec192a-8d13-4624-b253-5b350a616041
    health: HEALTH_OK
  services:
    mon: 3 daemons, quorum ceph-node-1,ceph-node-2,ceph-node-3 (age 24h)
    mgr: ceph-node-1(active, since 24h), standbys: ceph-node-2, ceph-node-3
    mds: cephfs-storage:1 {0=ceph-node-1=up:active} 2 up:standby                    #当创建完cephfs文件系统后，mds组件自动选举一个mds组件为active状态，其余为standby状态
    osd: 6 osds: 6 up (since 23h), 6 in (since 23h)
    rgw: 1 daemon active (ceph-node-1)
  task status:
  data:
    pools:   9 pools, 352 pgs
    objects: 274 objects, 164 KiB
    usage:   6.1 GiB used, 54 GiB / 60 GiB avail
    pgs:     352 active+clean

4.内核级别挂载CephFS文件系统

挂载的操作文档：docs.ceph.com/en/pacific/…

4.1.无需认证的方式挂载CephFS文件系统

1）在客户端中创建挂载目录

[root@ceph-node-1 ~]# mkdir /cephfs_data

2）使用内核级别挂载Cephfs文件系统

CephFS系统可以理解为也是一个磁盘，类型是ceph的类型，直接可以通过mount命令进行挂载。

命令格式：mount -t ceph {monitor_addr}:/ /{path} -o name=admin

挂载时最好指定所有monitor组件的地址，否则当有一个monitor组件产生问题，就会影响挂载。

1.首先确认mount是否支持ceph类型的文件系统，如果不支持则去安装ceph-common包
[root@ceph-node-1 ~]# which mount.ceph
/usr/sbin/mount.ceph
2.挂载cephfs文件系统
[root@ceph-node-1 ~]# mount -t ceph 192.168.20.20:6789,192.168.20.21:6789,192.168.20.22:6789:/ /cephfs_data/ -o name=admin
#这个admin用户是ceph集群默认的用户，不需要指定secret key
3.查看是否挂载成功
[root@ceph-node-1 ~]# df -hT /cephfs_data/
文件系统                                                   类型  容量  已用  可用 已用％ 挂载点
192.168.20.20:6789,192.168.20.21:6789,192.168.20.22:6789:/ ceph   17G     0   17G    0％ /cephfs_data
4.此时就可以在挂载目录中写入数据了。

4.2.使用认证方式挂载CephFS文件系统

1.获取admin用户的Key

[root@ceph-node-1 ~]# cat /etc/ceph/ceph.client.admin.keyring
[client.admin]
    key = AQBIWUhiEmaFOBAA6Jr6itUeHiLVVOeYFVpRog==
    caps mds = "allow *"
    caps mgr = "allow *"
    caps mon = "allow *"
    caps osd = "allow *"

2.通过认证方式挂载CephFS文件系统

[root@ceph-node-1 ~]# mount -t ceph 192.168.20.20:6789,192.168.20.21:6789,192.168.20.22:6789:/ /cephfs_data/ -o name=admin,secret=AQBIWUhiEmaFOBAA6Jr6itUeHiLVVOeYFVpRog==

3.查看是否挂载成功

[root@ceph-node-1 ~]# df -hT /cephfs_data/
文件系统                                                   类型  容量  已用  可用 已用％ 挂载点
192.168.20.20:6789,192.168.20.21:6789,192.168.20.22:6789:/ ceph   17G     0   17G    0％ /cephfs_data

4.设置开机自动挂载

[root@ceph-node-1 ~]# vim /etc/fstab
192.168.20.20:6789,192.168.20.21:6789,192.168.20.22:6789:/      /cephfs_data    ceph    name=admin,secret=AQBIWUhiEmaFOBAA6Jr6itUeHiLVVOeYFVpRog== 0 0

也可以将用户的Key写入到一个文件中，然后引用这个文件，如下所示：

1.将key写入到一个文件中
[root@ceph-node-1 ~]# ceph-authtool -p /etc/ceph/ceph.client.admin.keyring > admin.key
[root@ceph-node-1 ~]# chmod 600 admin.key
2.挂载时引用这个Key文件
[root@ceph-node-1 ~]# mount -t ceph 192.168.20.20:6789,192.168.20.21:6789,192.168.20.22:6789:/ /cephfs_data/ -o name=admin,secretfile=/root/admin.key
3.开机自动挂载
192.168.20.20:6789,192.168.20.21:6789,192.168.20.22:6789:/      /cephfs_data    ceph    name=admin,secretfile=/root/admin.key 0 0

5.用户空间挂载CephFS文件系统

1.安装ceph-fuse客户端
[root@ceph-node-1 ~]# yum -y install ceph-fuse
2.创建挂载点
[root@ceph-node-1 ~]# mkdir /cephfuse-data
3.使用fuse挂载
[root@ceph-node-1 ~]# ceph-fuse -n client.admin -m 192.168.20.20:6789,192.168.20.21:6789,192.168.20.22:6789 /cephfuse-data/
2022-04-03 23:37:18.794 7f5574ca7f80 -1 init, newargv = 0x5615fadddb50 newargc=9ceph-fuse[31903]: starting ceph client
ceph-fuse[31903]: starting fuse
4.查看挂载的文件系统
ceph-fuse[31903]: starting fuse
[root@ceph-node-1 ~]# df -HT /cephfuse-data/
文件系统       类型            容量  已用  可用 已用％ 挂载点
ceph-fuse      fuse.ceph-fuse   19G     0   19G    0％ /cephfuse-data

6.查看CephFS的状态

[root@ceph-node-1 ~]# ceph fs status cephfs-storage

来源：https://juejin.cn/post/7155656346048659493