Ceph 块设备 - 命令，快照，镜像

一、Ceph 块设备
二、块设备 rbd 命令
三、操作内核模块
四、快照基础 rbd snap
五、分层快照
六、镜像 rbd mirror
七、QEMU
八、libvirt
九、Openstack

一、Ceph 块设备

块是一个字节序列（例如，一个 512 字节的数据块）。基于块的存储接口是最常见的存储数据方法，例如硬盘、CD、软盘等。无处不在的块设备接口（block device interfaces）使 虚拟块设备（virtual block device）成为与 Ceph 这样的海量存储系统交互的理想之选。

Ceph 块设备是精简配置、大小可调的，将数据条带化存储到集群内的多个 OSD。 Ceph 块设备利用 RADOS 的多种能力，如快照、复制和一致性。

Ceph 的 RADOS 块设备（Ceph's RADOS Block Devices, RBD）使用 内核模块（kernel modules）或 librbd 库（librbd library）与 OSD 交互。

Note：内核模块可使用 Linux 页缓存（Linux page caching）。对基于 librbd 的应用程序， Ceph 支持 RBD 缓存（RBD Caching）。

二、块设备 rbd 命令

注：{pool-name} 为空时，为默认的 rbd 存储池。映像指 块设备映像 image。

1. 创建映像

rbd create --size {megabytes} {pool-name}/{image-name}

2. 映像列表

rbd ls {pool-name}

rbd trash ls {poolname} //列出延迟删除块设备

3. 查看详情

rbd info {pool-name}/{image-name}

4. 调整大小

Ceph 块设备映像是精简配置，只有在你开始写入数据时它们才会占用物理空间。

rbd resize --size 2048 foo (to increase)

rbd resize --size 2048 foo --allow-shrink (to decrease)

5. 删除映像

rbd rm {pool-name}/{image-name}

6. 恢复映像

在rbd池中恢复延迟删除的块设备，需要 {image-id}

rbd trash restore {pool-name}/{image-id}

三、操作内核模块

1. 获取映像列表

要挂载块设备映像，先罗列出所有的映像。

rbd ls {pool-name}

2. 映射为块设备

把映像映射为虚拟块设备：用 rbd map 把 映像名 映射到 内核模块。rbd 内核模块会在此过程中自动加载。

sudo rbd map {pool-name}/{image-name} --id {user-name}

注：如果你启用了 cephx 认证，还必须提供密钥，可以用密钥环或密钥文件指定密钥：

sudo rbd map rbd/myimage --id admin --keyring /path/to/keyring

sudo rbd map rbd/myimage --id admin --keyfile /path/to/file

3. 查看已映射的块设备

rbd showmapped

映射成功后就可以：

1.使用 mkfs 命令 将块设备构建化为文件系统：

sudo mkfs.xfs /dev/rbd/{pool-name}/{image-name}

2.使用 mount 命令 将文件系统挂载到某个路径下：

sudo mount /dev/rbd/{pool-name}/{image-name} /mnt/ceph-block-device

4. 取消块设备映射

sudo rbd unmap /dev/rbd/{poolname}/{imagename}

四、快照基础 rbd snap

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 。

注：如果启用了cephx（默认的），你必须指定用户名或 ID 、及其对应的密钥文件

rbd --id {user-ID} --keyring=/path/to/secret [commands]

rbd --name {username} --keyring=/path/to/secret [commands]

Tip：把用户名和密钥写入 CEPH_ARGS 环境变量，这样就无需每次手动输入。

1. 创建快照

用 rbd 命令创建快照，要指定 snap create 选项、存储池名和映像名。

rbd snap create {pool-name}/{image-name}@{snap-name}

2. 快照列表

列出某个映像的快照，需要指定存储池名和映像名。

rbd snap ls {pool-name}/{image-name}

3. 快照回滚

用 rbd 命令回滚到某一快照，指定 snap rollback 选项、存储池名、映像名和快照名。

rbd snap rollback {pool-name}/{image-name}@{snap-name}

4. 删除快照

要用 rbd 删除一快照，指定 snap rm 选项、存储池名、映像名和快照名。

rbd snap rm {pool-name}/{image-name}@{snap-name}

5. 删除某个映像的所有快照

要用 rbd 删除某个映像的所有快照，指定 snap purge 选项、存储池名和映像名。

rbd snap purge {pool-name}/{image-name}

五、分层快照

Ceph 支持为某一设备快照创建很多个 写时复制（ COW ） 克隆。分层快照使得 Ceph 块设备客户端可以很快地创建映像。例如，你可以创建一个包含有 Linux VM 的块设备映像；然后做快照、保护快照，再创建任意多个写时复制克隆。快照是只读的，所以简化了克隆快照的语义 —— 使得克隆很迅速。

各个克隆出来的映像（子）都存储着对父映像的引用，这使得克隆出来的映像可以打开父映像并读取它。

一个快照的 COW 克隆和其它任何 Ceph 块设备映像的行为完全一样。克隆出的映像没有特别的限制，你可以读出、写入、克隆、调整克隆映像的大小。然而快照的写时复制克隆引用了快照，所以你克隆快照前必须保护它。下图描述了此过程。

分层入门

Ceph 块设备的分层是个简单的过程。你必须有个映像、必须为它创建快照、并且必须保护快照，执行过这些步骤后，你才能克隆快照。

克隆出的映像包含对父快照的引用，也包含存储池 ID 、映像 ID 和快照 ID 。

1.Image Temerate：映像模板

2.Extended Template：扩展模板

3.Template Pool：模板池

4.Image Migration/Recovery：模板迁移/恢复

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。你删除不了受保护的快照。

rbd snap protect {pool-name}/{image-name}@{snapshot-name}

2. 克隆快照

rbd clone {pool-name}/{parent-image}@{snap-name} {pool-name}/{child-image-name}

3. 取消快照保护

删除快照前，必须先取消保护。

rbd snap unprotect {pool-name}/{image-name}@{snapshot-name}

4. 快照子孙列表

rbd children {pool-name}/{image-name}@{snapshot-name}

5. 拍平快照

克隆出来的映像仍保留了对父快照的引用。要从子克隆删除这些到父快照的引用，你可以把快照的信息复制给子克隆，也就是“拍平”它。拍平克隆映像的时间随快照尺寸增大而增加。要删除快照，必须先拍平子映像。

rbd flatten {pool-name}/{image-name}

六、镜像 rbd mirror

可以在两个 Ceph 集群中异步备份 RBD images。该能力利用了 RBD image 的日志特性，以确保集群间的副本崩溃一致性。镜像功能需要在同伴集群（ peer clusters ）中的每一个对应的 pool 上进行配置，可设定自动备份某个存储池内的所有 images 或仅备份 images 的一个特定子集。用 rbd 命令来配置镜像功能。 rbd-mirror 守护进程负责从远端集群拉取 image 的更新，并写入本地集群的对应 image 中。

Note：RBD 镜像功能需要 Ceph Jewel 或更新的发行版本。

Important：要使用 RBD 镜像功能，你必须有 2 个 Ceph 集群，每个集群都要运行 rbd-mirror 守护进程。

存储池配置

镜像功能是在 Ceph 集群内的存储池级别上配置的。

1. 启用镜像

rbd mirror pool enable {pool-name} {mode}

镜像模式 mode 可以是 pool 或 image：

pool：当设定为 pool 模式，存储池中所有开启了日志特性的 images 都会被备份。
image：当设定为 image 模式，需要对每个 image 显式启用镜像功能。

2. 禁用镜像功能

rbd mirror pool disable {pool-name}

3. 添加同伴集群

为了使 rbd-mirror 守护进程发现它的同伴集群，需要向存储池注册。

rbd mirror pool peer add {pool-name} {client-name}@{cluster-name}

4. 移除同伴集群

rbd mirror pool peer remove {pool-name} {peer-uuid}

IMAGE配置

不同于存储池配置，image 配置只需针对单个 Ceph 集群操作。

镜像 RBD image 被指定为主镜像或者副镜像。这是 image 而非存储池的特性。被指定为副镜像的 image 不能被修改。

当一个 image 首次启用镜像功能时（存储池的镜像模式设为 pool 且启用了该 image 的日志特性，或者通过 rbd 命令显式启用），它会自动晋升为主镜像。

5. 启用 IMAGE 的日志支持

RBD 镜像功能使用了 RBD 日志特性，来保证 image 副本间的崩溃一致性。在备份 image 到另一个同伴集群前，必须启用日志特性。该特性可在使用 rbd 命令创建 image 时通过指定 --image-feature exclusive-lock,journaling 选项来启用。

或者，可以动态启用已有 image 的日志特性。

6. 使用 rbd 开启日志特性

rbd feature enable {pool-name}/{image-name} {feature-name}

Tip：你可以通过在 Ceph 配置文件中增加 rbd default features = 125 ，使得所有新建 image 默认启用日志特性。

7. 启用 IMAGE 镜像功能

rbd mirror image enable {pool-name}/{image-name}

8. 禁用 IMAGE 镜像功能

rbd mirror image disable {pool-name}/{image-name}

在需要把主名称转移到同伴 Ceph 集群这样一个故障切换场景中，应该停止所有对主 image 的访问（比如关闭 VM 的电源或移除 VM 的相关驱动），当前的主 image 降级为副，原副 image 升级为主，然后在备份集群上恢复对该 image 访问。

9. 降级主 image

rbd mirror image demote {pool-name}/{image-name}

10. 升级副 image

rbd mirror image promote {pool-name}/{image-name}

Tip：由于主 / 副状态是对于每个 image 而言的，故可以让两个集群拆分 IO 负载来进行故障切换 / 故障自动恢复。

11. 强制 IMAGE 重新同步

如果 rbd-daemon 探测到了脑裂事件，它在此情况得到纠正之前，是不会尝试去备份受到影响的 image。为了恢复对 image 的镜像备份，首先判定降级 image 已经过时，然后向主 image 请求重新同步。

rbd mirror image resync {pool-name}/{image-name}

七、QEMU

Ceph 块设备最常见的用法之一是作为虚拟机的 块设备映像 。例如，用户可创建一个安装、配置好了操作系统和相关软件的“黄金标准”映像，然后对此映像做快照，最后再克隆此快照（通常很多次）。能制作快照的写时复制克隆意味着 Ceph 可以快速地为虚拟机提供块设备映像，因为客户端每次启动一个新虚拟机时不必下载整个映像。

QEMU 能把一主机上的块设备传递给客户机，但从 QEMU 0.15 起，不需要在主机上把映像映射为块设备了。QEMU 现在能通过 librbd 直接把映像作为虚拟块设备访问。这样性能更好，因为它避免了额外的上下文切换，而且能利用开启 RBD 缓存带来的好处。

1. 安装

http://docs.ceph.org.cn/install/install-vm-cloud/

sudo yum install qemu-kvm qemu-kvm-tools qemu-img

2. 使用

Ceph 块设备可以和 QEMU 虚拟机集成到一起。QEMU 命令行要求你指定存储池名和映像名，还可以指定快照名。

QEMU 会假设 Ceph 配置文件位于默认位置（如 /etc/ceph/$cluster.conf ），并且你是以默认的 client.admin 用户执行命令，除非你另外指定了其它 Ceph 配置文件路径或用户（对应/etc/ceph/ceph.client.{ID}.keyring）。

qemu-img {command} [options] rbd:{pool-name}/{image-name}[@snapshot-name][:option1=value1][:option2=value2...]

例如，应该这样指定 id 和 conf 选项：

qemu-img {command} [options] rbd:{pool-name}/{image-name}:id=admin:conf=/etc/ceph/ceph.conf

//其中 :id=admin:conf=/etc/ceph/ceph.conf 是默认选项，可以省略

3. 用 QEMU 创建块设备

qemu-img create -f raw rbd:{pool-name}/{image-name} {size}

Important：raw 数据格式是使用 RBD 时的唯一可用 format 选项。

创建后，客户端可以直接通过 librbd 直接把映像作为 虚拟块设备 rbd:{pool-name}/{image-name} 访问。

4. 用 QEMU 调整块设备大小

qemu-img resize rbd:{pool-name}/{image-name} {size}

5. 用 QEMU 查看块设备信息

qemu-img info rbd:{pool-name}/{image-name}

6. 通过 RBD 运行 QEMU

你可以用 qemu-img 把已有的虚拟机映像转换为 Ceph 块设备映像。比如你有一个 qcow2 映像，可以这样转换：

qemu-img convert -f qcow2 -O raw debian_squeeze.qcow2 rbd:data/squeeze

要从那个映像启动虚拟机，执行：

qemu -m 1024 -drive format=raw,file=rbd:data/squeeze

启用 RBD 缓存可显著提升性能。从 QEMU 1.2 起， QEMU 的缓存选项可控制 librbd 缓存：

qemu -m 1024 -drive format=rbd,file=rbd:data/squeeze,cache=writeback

Important：如果你设置了 rbd_cache=true ，那就必须设置 cache=writeback，否则有可能丢失数据。不设置 cache=writeback ， QEMU 就不会向 librbd 发送回写请求。如果 QEMU 退出时未清理干净， rbd 之上的文件系统就有可能崩溃。

7. 启用 DISCARD/TRIM 功能

从 Ceph 0.46 和 QEMU 1.1 起， Ceph 块设备支持 discard 操作。这意味着客户机可以发送 TRIM 请求来让 Ceph 块设备回收未使用的空间。此功能可在客户机上挂载 ext4 或 XFS 时加上 discard 选项。

//QEMU 缓存选项

QEMU 的缓存选项对应下列的 Ceph RBD 缓存选项。

回写：

rbd_cache = true

透写：

rbd_cache = true

rbd_cache_max_dirty = 0

无：

rbd_cache = false

QEMU 的缓存选项会覆盖 Ceph 的默认选项（就是那些 Ceph 配置文件里没有的选项）。如果你在 Ceph 配置文件内设置了 RBD 缓存选项，那么它们会覆盖 QEMU 缓存选项。如果你在 QEMU 命令行中设置了缓存选项，它们则会覆盖 Ceph 配置文件里的选项。

八、libvirt

下图解释了 libvirt 和 QEMU 如何通过 librbd 使用 Ceph 块设备。

libvirt 常见于为云解决方案提供 Ceph 块设备，像 OpenStack 、 ClouldStack 。它们用 libvirt 和 QEMU/KVM 交互、 QEMU/KVM 再通过 librbd 与 Ceph 块设备交互。

九、Openstack

通过 libvirt 你可以把 Ceph 块设备用于 OpenStack ，它配置了 QEMU 到 librbd 的接口。 Ceph 把块设备映像条带化为对象并分布到集群中，这意味着大容量的 Ceph 块设备映像其性能会比独立服务器更好。

要把 Ceph 块设备用于 OpenStack ，必须先安装 QEMU 、 libvirt 和 OpenStack 。我们建议用一台独立的物理主机安装 OpenStack ，此主机最少需 8GB 内存和一个 4 核 CPU 。下面的图表描述了 OpenStack/Ceph 技术栈。