容器云平台No.6~企业级分布式存储Ceph

简介

ceph作为一个统一的分布式存储系统，提供了高性能，高可用性，高扩展性。ceph的统一体现在其可以提供文件系统、块存储、对象存储，在云环境中，通常采用ceph作为后端存储来保证数据的高可用性。
ceph发表于2004年，随后开源给社区。进过十几年发展，目前得到众多云厂商支持并广泛使用。比如openstackkubernetes虚拟机系统等。。。
架构图：

特点

• 高性能
  采用CRUSH算法，数据分布均衡，并行度高。
  容灾域的隔离，能够实现各类负载的副本放置规则，例如跨机房、机架感知等。
  能够支持上千个存储节点的规模，支持TB到PB级的数据。
• 高可用性
  副本数可以灵活控制。
  支持故障域分隔，数据强一致性。
  多种故障场景自动进行修复自愈。
  没有单点故障，自动管理。
• 高可扩展性
  去中心化。
  扩展灵活。
  随着节点增加而线性增长。
  支持三种存储接口：块存储、文件存储、对象存储
  支持自定义接口，支持多种语言驱动

部署方式

1、部署到裸机，作为独立的存储集群，为kubernetes提供存储服务（线上环境推荐）
2、部署到kubernetes集群之上，使用Rook管理ceph。Rook是一个可以提供Ceph集群管理能力的Operator，它使用CRD控制器来对ceph的资源进行部署和管理。相比部署到裸机。更接近kubernetes，但是属于一个新的东西，稳定性和故障处理难易程度有不确定性，生成环境需要自行评估。
3、作为测试，本文就采用rook来部署ceph集群。
先看下架构图


从以上两张官方给的图可以看出，
Rook Operator是核心组件，它主要用来其中存储集群，并监控存储守护进程，确保存储集群的健康。
Rook Agent运行到每一个存储节点，并配置了FlexVolume插件和Kubernetes 的存储卷控制框架（CSI）进行集成。
Rook 用 Kubernetes Pod 的形式，部署 Ceph的MON、OSD 以及 MGR守护进程。
4、部署ceph前，需要确保你的服务器有空闲的硬盘给ceph集群使用，一般是三块或者更多，如果只是测试最少一块。
如下所示，sdb就是给ceph用的

fdisk  -l

Disk /dev/sdb: 107.4 GB, 107374182400 bytes, 209715200 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes


Disk /dev/sda: 107.4 GB, 107374182400 bytes, 209715200 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0x0001ce60

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *        2048     2099199     1048576   83  Linux
/dev/sda2         2099200   209715199   103808000   8e  Linux LVM

部署rook-ceph

安装root-operator,本文部署到命名空间:rook
1、部署common资源

[root@k8s-master001 rook]# kubectl  apply -f common.yaml 
namespace/rook created
Warning: apiextensions.k8s.io/v1beta1 CustomResourceDefinition is deprecated in v1.16+, unavailable in v1.22+; use apiextensions.k8s.io/v1 CustomResourceDefinition
。。中间省略N行
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/rbd-csi-provisioner-role created

2、部署operator资源

[root@k8s-master001 rook]# kubectl label node k8s-master003 app.storage=rook-ceph
node/k8s-master003 labeled
[root@k8s-master001 rook]# kubectl label node k8s-master002 app.storage=rook-ceph
node/k8s-master002 labeled
[root@k8s-master001 rook]# kubectl label node k8s-master001 app.storage=rook-ceph
node/k8s-master001 labeled

[root@k8s-master001 rook]# kubectl  apply -f operator.yaml
configmap/rook-ceph-operator-config created
deployment.apps/rook-ceph-operator created

[root@k8s-master001 rook]# kubectl  get po -n rook
NAME                                 READY   STATUS    RESTARTS   AGE
rook-ceph-operator-87f875bbc-zz9lb   0/1     Pending   0          106s
再次查看，知道全部Pod为Running状态，表示安装成功
如果不是Runing状态，可以使用例如：kubectl describe po rook-discover-5qrc6 -n rook 查看详情，一般情况可能是镜像下载失败，如果是其他情况，请根据实际情况自行解决。。。
[root@k8s-master001 rook]# kubectl  get po -n rook
NAME                                 READY   STATUS    RESTARTS   AGE
rook-ceph-operator-87f875bbc-zz9lb   1/1     Running   3          27m
rook-discover-5qrc6                  1/1     Running   0          3m42s
rook-discover-fzfz5                  1/1     Running   0          3m52s
rook-discover-fzg7r                  1/1     Running   0          20m

3、创建ceph集群
这里需要根据实际情况修改cluster.yaml文件
设置ceph存储节点，使用的硬盘，否则会把系统可用的磁盘都格式化了，这里需要设置如下

  storage: # cluster level storage configuration and selection
    useAllNodes: false
    useAllDevices: false
    #deviceFilter:
    config:
      # metadataDevice: "md0" # specify a non-rotational storage so ceph-volume will use it as block db device of bluestore.
      # databaseSizeMB: "1024" # uncomment if the disks are smaller than 100 GB
      # journalSizeMB: "1024"  # uncomment if the disks are 20 GB or smaller
      # osdsPerDevice: "1" # this value can be overridden at the node or device level
      # encryptedDevice: "true" # the default value for this option is "false"
# Individual nodes and their config can be specified as well, but 'useAllNodes' above must be set to false. Then, only the named
# nodes below will be used as storage resources.  Each node's 'name' field should match their 'kubernetes.io/hostname' label.
    nodes:
    - name: "10.26.25.20"  #这个地方最好写hostname
      devices:
      - name: "sdb"
    - name: "10.26.25.21"
      devices:
      - name: "sdb"
    - name: "10.26.25.22"
      devices:
      - name: "sdb"

修改节点情和性，把ceph安装到固定标签的节点，这里使用app.storage=rook-ceph这个标签。

  placement:
    all:
      nodeAffinity:
        requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
          nodeSelectorTerms:
          - matchExpressions:
            - key: app.storage
              operator: In
              values:
              - rook-ceph

执行部署命令，这个环节需要下载ceph的一些镜像，根据网络情况，耗时可能会比较长。。。

[root@k8s-master001 rook]# kubectl  apply -f cluster.yaml
cephcluster.ceph.rook.io/rook-ceph created

[root@k8s-master001 rook]#  kubectl  get po -n rook
NAME                                                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
csi-cephfsplugin-2fsl9                                    3/3     Running   0          6m54s
csi-cephfsplugin-4r5cg                                    3/3     Running   0          6m55s
csi-cephfsplugin-htdjs                                    3/3     Running   0          6m54s
csi-cephfsplugin-provisioner-7646976d94-9kfd6             5/5     Running   1          6m53s
csi-cephfsplugin-provisioner-7646976d94-rbztr             5/5     Running   0          6m53s
csi-rbdplugin-56jpj                                       3/3     Running   0          6m59s
csi-rbdplugin-8h25h                                       3/3     Running   0          6m59s
csi-rbdplugin-provisioner-55c946c8c-d25g4                 6/6     Running   2          6m58s
csi-rbdplugin-provisioner-55c946c8c-g77s8                 6/6     Running   1          6m57s
csi-rbdplugin-z4qpw                                       3/3     Running   0          6m59s
rook-ceph-crashcollector-k8s-master001-6975bdf888-bpm7r   1/1     Running   0          2m6s
rook-ceph-crashcollector-k8s-master002-746b76cd87-5xzz4   1/1     Running   0          3m18s
rook-ceph-crashcollector-k8s-master003-5b54f4496-hntgb    1/1     Running   0          2m34s
rook-ceph-mgr-a-58594cfb7d-l7wjg                          1/1     Running   0          2m7s
rook-ceph-mon-a-84b755686-c6cxr                           1/1     Running   0          3m18s
rook-ceph-mon-b-776469c655-d5jb7                          1/1     Running   0          3m1s
rook-ceph-mon-c-64648fbd69-n5jh4                          1/1     Running   0          2m35s
rook-ceph-operator-87f875bbc-cgvwm                        1/1     Running   3          7m35s
rook-discover-d9fpp                                       1/1     Running   0          7m31s
rook-discover-kxmdx                                       1/1     Running   0          7m31s
rook-discover-z9kzt                                       1/1     Running   0          7m31s

从以上输出可以看到，没有任何OSD的pod在运行。

查看rook-discover-kxmdx日志发现。能够找到硬盘sdb，但是没有对硬盘进程任何操作
，突然想到ceph也是通过关键lvm来格式化硬盘的，然后查看系统，果然没有安装lvm2，果断重来吧：

kubectl delete -f cluster.yaml
kubectl delete -f operator.yaml
kubectl delete -f  common.yaml
在所有节点删除
rm -rf /var/lib/rook/*

安装lvm2

yum install -y lvm2

再次部署

[root@k8s-master001 rook]#  kubectl  get po -n rook
NAME                                                      READY   STATUS      RESTARTS   AGE
csi-cephfsplugin-9l55s                                    3/3     Running     0          10m
csi-cephfsplugin-czwlx                                    3/3     Running     0          10m
csi-cephfsplugin-np7n7                                    3/3     Running     0          10m
csi-cephfsplugin-provisioner-7646976d94-579qz             5/5     Running     3          10m
csi-cephfsplugin-provisioner-7646976d94-v68wg             5/5     Running     0          10m
csi-rbdplugin-9q82d                                       3/3     Running     0          10m
csi-rbdplugin-l55zq                                       3/3     Running     0          10m
csi-rbdplugin-provisioner-55c946c8c-ft4xl                 6/6     Running     0          10m
csi-rbdplugin-provisioner-55c946c8c-zkzh7                 6/6     Running     1          10m
csi-rbdplugin-wk7cw                                       3/3     Running     0          10m
rook-ceph-crashcollector-k8s-master001-6c4c78b6cd-gcfvn   1/1     Running     0          6m17s
rook-ceph-crashcollector-k8s-master002-746b76cd87-47k84   1/1     Running     0          9m7s
rook-ceph-crashcollector-k8s-master003-5b54f4496-ts64m    1/1     Running     0          8m43s
rook-ceph-mgr-a-66779c74c5-cnxbm                          1/1     Running     0          8m16s
rook-ceph-mon-a-5b7bcd77ff-sb4fz                          1/1     Running     0          9m25s
rook-ceph-mon-b-779c8467d4-bfd4g                          1/1     Running     0          9m7s
rook-ceph-mon-c-574fd97c79-v5qcd                          1/1     Running     0          8m44s
rook-ceph-operator-87f875bbc-z7rwn                        1/1     Running     1          11m
rook-ceph-osd-0-66775549dc-g2ttv                          1/1     Running     0          6m11s
rook-ceph-osd-2-6c5b4fc67-gtqjf                           1/1     Running     0          6m20s
rook-ceph-osd-prepare-k8s-master001-jbpgg                 0/1     Completed   0          8m13s
rook-ceph-osd-prepare-k8s-master002-vfvnp                 0/1     Completed   0          8m12s
rook-ceph-osd-prepare-k8s-master003-ffd6r                 0/1     Completed   0          6m28s
rook-discover-74qf2                                       1/1     Running     0          10m
rook-discover-fk4wn                                       1/1     Running     0          10m
rook-discover-fvbcf                                       1/1     Running     0          10m

终于看到rook-ceph-osd-*的Pod在运行了。osd如果没有运行，ceph是不能提供存储能力的。

4、创建ceph-dashboard

[root@k8s-master001 rook]# kubectl apply -f dashboard-external-https.yaml
service/rook-ceph-mgr-dashboard-external-https created

使用如下命令查询dashboard的admin密码
MGR_POD=`kubectl get pod -n rook | grep mgr | awk '{print $1}'`
kubectl -n rook-ceph logs $MGR_POD | grep password

5、安装ceph-tool工具,就是一个ceph客户端工具，可以使用ceph命令管理ceph集群

[root@k8s-master001 rook]# kubectl apply -f toolbox.yaml

6、创建kubernetes集群存储类,默认reclaimPolicy:策略从Delete改成Retain，看自己需求改

[root@k8s-master001 rook]# kubectl  apply -f storageclass.yaml
cephblockpool.ceph.rook.io/k8spool created
storageclass.storage.k8s.io/rook-ceph created

使用ceph为kubernetes提供存储

验证存储类是否可使用，这里使用了nodeSelector,把pod指定到特定机器，也可以不设置

---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: demo001
  labels:
    app: demo00
spec:
  serviceName: demo001
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: demo001
  template:
    metadata:
      labels:
        app: demo001
    spec:
      terminationGracePeriodSeconds: 180
      nodeSelector:
        kubernetes.io/hostname: k8s-master001
      containers:
      - name: demo001
        image: nginx
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 80
          name: port
        volumeMounts:
        - name: volume
          mountPath: /var/www/html
  volumeClaimTemplates:
  - metadata:
      name: volume
    spec:
      accessModes: ["ReadWriteOnce"]
      storageClassName: rook-ceph
      resources:
        requests:
          storage: 1Gi

执行部署kubectl apply -f demo.yaml

[root@k8s-master001 rook]# kubectl  get po
NAME        READY   STATUS              RESTARTS   AGE
demo001-0   1/1     Running             0          78s
查看可提供服务的存储类
[root@k8s-master001 rook]# kubectl  get sc 
NAME        PROVISIONER             RECLAIMPOLICY   VOLUMEBINDINGMODE   ALLOWVOLUMEEXPANSION   AGE
rook-ceph   rook.rbd.csi.ceph.com   Retain          Immediate           true                   8m15s
看已经创建的存储卷
[root@k8s-master001 rook]# kubectl  get pv,pvc
NAME    CAPACITY   ACCESS MODES   RECLAIM POLICY   STATUS   CLAIM     STORAGECLASS   REASON   AGE
persistentvolume/pvc-e96e54cb-88bb-44b0-a07d-19cbb36fe739   1Gi   RWO  Retain Bound  default/volume-demo001-0   rook-ceph               104s

NAME          STATUS   VOLUME       CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS   AGE
persistentvolumeclaim/volume-demo001-0   Bound    pvc-e96e54cb-88bb-44b0-a07d-19cbb36fe739   1Gi RWO    rook-ceph      110s

从以上输出可以看出，kubernetes通过调用存储类创建了PV：pvc-e96e54cb-88bb-44b0-a07d-19cbb36fe739 ,并把它和PVC：volume-demo001-0绑定。
现在我们进入nginx pod，查看挂载的磁盘情况

[root@k8s-master001 rook]# kubectl  exec -ti demo001-0  /bin/sh
kubectl exec [POD] [COMMAND] is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl exec [POD] -- [COMMAND] instead.
# df -h 
Filesystem               Size  Used Avail Use% Mounted on
overlay                   50G  5.6G   45G  12% /
/dev/rbd0                976M  2.6M  958M   1% /var/www/html

这里/dev/rbd0就是ceph集群为nginx提供的后端存储，大小为1G，在demo.yaml部署文件中指定。

避坑总结

1、因为ceph在穿件osd的时候需要用到系统工具lvm2,部署之前最好提前装好。
2、在cluster.yaml中指定硬盘信息是，最好使用hostname,或者保证DNS系统解析正确。

nodes:
    - name: "10.26.25.20"  #这个地方最好写hostname
      devices:
      - name: "sdb"

3、用来给ceph使用的硬盘不要手动建分区。
4、如果重新部署，记得再次部署之前先删除/var/lib/rook/目录，避免有老的集群信息残留。
5、生产环境最好使用标签，把ceph安装到指定的节点，同时避免安装到master节点。