互联网技术 · 2024年2月2日 0

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Ceph RBD镜像的介绍与原理分析

1.Ceph RBD mirror简介

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Ceph采用的是强一致性同步模型，所有副本都必须完成写操作才算一次写入成功，这就导致不能很好地支持跨域部署，因为如果副本在异地，网络延迟就会很大，拖垮整个集群的写性能。因此，Ceph集群很少有跨域部署的，也就缺乏异地容灾。Ceph RBD mirror是Ceph Jewel版本引入的新功能，支持两个Ceph集群数据同步，其原理非常类似mysql的主从同步机制，前者基于journaling，后者基于binlog,二者都是基于日志回放完成主从同步的。

2.Ceph RBD mirror配置

2.1 环境准备

体验Ceph RBD mirror功能，必须准备好以下环境：

  • Ceph版本Jewel或以上。
  • 两个Ceph集群，并且这两个集群可以互通。
  • Ceph集群开启journal特性。
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我们知道一个ceph client节点可以同时访问多个Ceph集群，所有的ceph命令都可以通过–cluster参数指定集群名字(更确切地说应该是一个命名空间)，不指定该参数，则默认值为ceph，集群名字是通过/etc/ceph目录下的配置文件名区分的，/etc/ceph/ceph.conf对应名称为ceph的集群名配置，而/etc/ceph/openstack.conf则对应名称为openstack的Ceph集群。密钥文件命名也一样。

假设我们在server-31、server-32上都部署了两套独立的allinone ceph环境，分别命名为31节点、32节点，这两个环境的ceph版本都是Jewel。在31节点上同时访问这两个ceph集群，只需要复制配置文件到/etc/ceph目录下即可，并且指定配置文件和密钥文件名，如下:

  1. cd /etc/ceph
  2. cp ceph.conf server-31.conf
  3. cp ceph.client.admin.keyring server-31.client.admin.keyring
  4. scp server-32:/etc/ceph/ceph.conf server-32.conf
  5. scp server-32:/etc/ceph/ceph.client.admin.keyring server-32.client.admin.keyring

最后ceph配置如下:

  1. [root@server-31 ceph]# ll server*
  2. -rw-r–r– 1 root root 137 Jan 23 11:58 server-31.client.admin.keyring
  3. -rw-r–r– 1 root root 497 Jan 23 11:59 server-31.conf
  4. -rw-r–r– 1 root root 129 Jan 23 11:28 server-32.client.admin.keyring
  5. -rw-r–r– 1 root root 276 Jan 23 11:33 server-32.conf

请确认ceph用户具有读权限，否则服务起不来

验证:

  1. [root@server-31 ceph]# ceph –cluster server-31 df
  2. GLOBAL: SIZE AVAIL RAW USED %RAW USED
  3. 249G 235G 14669M 5.74
  4. POOLS: NAME ID USED %USED MAX AVAIL OBJECTS
  5. openstack 5 169M 0.07 235G 81
  6. rbd 6 0 235G 0
  7. int32bit-test 8 1040 0 235G 18
  8. [root@server-31 ceph]# ceph –cluster server-32 df
  9. GLOBAL: SIZE AVAIL RAW USED %RAW USED
  10. 249G 243G 6413M 2.51
  11. POOLS:
  12. NAME ID USED %USED MAX AVAIL OBJECTS
  13. rbd 10 114 0 243G 4
  14. int32bit-test 13 228 0 243G 10

开启journaling功能，可以在创建RBD image时通过–image-feature参数指定，也可以通过配置文件设置默认开启的features，features通过一个无符号长整型数的位标识，参考CEPH RBD Features，代码如下:

  1. #define RBD_FEATURE_LAYERING (1ULL<<0)
  2. #define RBD_FEATURE_STRIPINGV2 (1ULL<<1)
  3. #define RBD_FEATURE_EXCLUSIVE_LOCK (1ULL<<2)
  4. #define RBD_FEATURE_OBJECT_MAP (1ULL<<3)
  5. #define RBD_FEATURE_FAST_DIFF (1ULL<<4)
  6. #define RBD_FEATURE_DEEP_FLATTEN (1ULL<<5)
  7. #define RBD_FEATURE_JOURNALING (1ULL<<6)
  8. #define RBD_FEATURE_DATA_POOL (1ULL<<7)

我们设置default_rbd_features值为125，在所有的配置文件的[global]配置组下配置:

  1. rbd_default_features = 125

2.2 安装rbd-mirror服务

开启Ceph RBD mirror功能，必须额外安装rbd-mirror服务，CentOS下直接安装即可:

  1. yum install -y rbd-mirror

启动服务:

  1. systemctl enable ceph-rbd-mirror@admin.service
  2. systemctl start ceph-rbd-mirror@admin.service

以上@admin的admin是client的用户名，我们使用admin这个用户。

注意，以上操作，必须在31、32节点上都执行。

2.3 RBD mirror配置

RBD mirror既可以针对一个pool进行配置，此时pool的每一个image都会自动同步，也可以针对某一个RBD image进行mirror，此时只会同步该指定的image，接下来以mirror pool为例.

首先在31、32节点上创建两个相同的pool:

  1. systemctl enable ceph-rbd-mirror@admin.service
  2. systemctl start ceph-rbd-mirror@admin.service

开启pool mirror功能:

  1. rbd –cluster server-31 mirror pool enable int32bit-test pool
  2. rbd –cluster server-32 mirror pool enable int32bit-test pool

分别设置peer集群，即需要同步的目标集群，这里我们设置他们互为peer:

  1. rbd –cluster server-31 mirror pool peer add int32bit-test client.admin@server-32
  2. rbd –cluster server-32 mirror pool peer add int32bit-test client.admin@server-31

查看peer状态:

  1. # rbd -p int32bit-test mirror pool info
  2. Mode: pool
  3. Peers:
  4. UUID NAME CLIENT
  5. 068cd9a1-a7ff-4120-8194-88261e37a39a server-32 client.admin

在31集群上创建一个rbd image，并在server-32集群上查看是否同步:

  1. rbd –cluster server-31 -p int32bit-test create rbd-mirror-test –size 1024
  2. rbd –cluster server-32 -p int32bit-test info rbd-mirror-test
  3. rbd image rbd-mirror-test:
  4. size 1024 MB in 256 objects
  5. order 22 (4096 kB objects)
  6. block_name_prefix: rbd_data.ada71ca0c5fa
  7. format: 2
  8. features: layering, exclusive-lock, object-map, fast-diff, deep-flatten, journaling
  9. flags:
  10. journal: ada71ca0c5fa
  11. mirroring state: enabled
  12. mirroring global id: 163688ba-52fe-4610-a3d5-eb90c663bd4c
  13. mirroring primary: false

从结果上看，我们在server-31集群上创建的image已经同步到server-32上，并且从info中可以查看mirror信息。其中mirroring primary属性标明是否主image，只有primary image才能写，非primary image是只读的，不能进行写操作。通过rbd命令可以把主image降级为非primary image，或者把非primary image提升为prmary image，换句话说，rbd mirror不支持AA模式，只支持主备模式。除此之外，mirror目前只支持1对1，不支持一对多模式,即不能设置多个peer。

可以使用rbd mirror image status命令查看同步状态:

  1. [root@server-31 int32bit]# rbd –cluster server-32 mirror image status int32bit-test/rbd-mirror-test
  2. rbd-mirror-test:
  3. global_id: 163688ba-52fe-4610-a3d5-eb90c663bd4c
  4. state: up+syncing
  5. description: bootstrapping, OPEN_LOCAL_IMAGE
  6. last_update: 2017-01-24 11:42:37

syncing表示正在同步，同步完成后状态为replaying。也可以通过rbd mirror pool status查看整个pool的同步状态:

  1. # rbd –cluster server-32 mirror pool status –verbose int32bit-test
  2. health: OK
  3. images: 5 total
  4. 4 replaying
  5. 1 stopped
  6. …

当health为OK时，说明所有image同步完成。

2.4 关于map操作

当RBD image开启了某些高级特性后，内核可能不支持，因此不能执行rbd map操作，否则出现RBD image feature set mismatch错误.

  1. # rbd map int32bit-test/mirror-test
  2. rbd: sysfs write failed
  3. RBD image feature set mismatch. You can disable features unsupported by the kernel with “rbd feature disable”.
  4. In some cases useful info is found in syslog – try “dmesg | tail” or so.

好在从J版本后，RBD支持将RBD image map为本地nbd设备，通过rbd nbd map命令即可映射为本地nbd设备。首先需要安装rbd-nbd模块:

  1. yum install rbd-nbd

map image到本地nbd设备:

  1. # rbd nbd map int32bit-test/mirror-test
  2. /dev/nbd0

安装文件系统后就可以挂载到本地文件系统了:

  1. mkfs.ext4 /dev/nbd0
  2. mount /dev/nbd0 /mnt

由此解决了无法map的问题.

3.Ceph RBD mirror原理介绍

Ceph RBD mirror原理其实和mysql的主从同步原理非常类似，简单地说就是通过日志进行回放(replay)。这里仅简单介绍下.

前面提到RBD mirror必须依赖于journeling特性，且需要额外部署rbd-mirror服务.

rbd-mirror服务负责不同Ceph集群的数据同步，当用户执行IO write操作时(必须写入primary image)，首先会尝试写入journal，一旦写入完成会向client发起ACK确认，此时开始执行底层的image写入操作，与此同时rbd-mirror开始根据journal执行回放操作，同步到远端的ceph集群中.如图所示:

需要注意的是，一旦同步出现脑裂情况，rbd-mirror将中止同步操作，此时你必须手动决定哪边的image是有用的，然后通过手动执行rbd mirror image resync命令恢复同步.

4.Ceph RBD mirror在Openstack上的实践

目前很多用户都会选择使用Ceph作为Openstack后端存储，对接Glance、Nova以及Cinder服务，甚至使用RGW对接Swift API.目前Openstack也对异地容灾支持也不太好，可选的多region方案也存在很多问题. Openstack异地容灾的关键是存储的容灾，即块设备容灾，这些包括了用户的所有虚拟机根磁盘、glance镜像以及cinder数据卷，DRBD是一种策略.如果能够把RBD mirror应用到Openstack中，或许能够解决异地容灾问题.

Openstack后端开启mirror功能，并不需要额外修改Openstack的配置，只需要部署rbd-mirror服务并对Openstack使用的pool开启mirror功能即可.

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