《大话 Ceph》 之 RBD 那点事儿

《大话 Ceph 》系列文章通过通俗易懂的语言并结合基础实验,用最简单的描述来讲解 Ceph 中的重要概念。让读者对分布式存储系统有一个清晰的理解。

引言

这篇文章主要介绍了 RBD 在 Ceph 底层的存储方式,解释了 RBD 的实际占用容量和 RBD 大小的关系,用几个文件的例子演示了文件在 RBD (更恰当的是 xfs)中的存储位置,最后组装了一个 RBD ,给出了一些 FAQ。

RBD是什么

RBD : Ceph’s RADOS Block Devices , Ceph block devices are thin-provisioned, resizable and store data striped over multiple OSDs in a Ceph cluster.

上面是官方的阐述,简单的说就是:

  • RBD 就是 Ceph 里的块设备,一个 4T 的块设备的功能和一个 4T 的 SATA 类似,挂载的 RBD 就可以当磁盘用。
  • resizable:这个块可大可小。
  • data striped:这个块在 Ceph里面是被切割成若干小块来保存,不然 1PB 的块怎么存的下。
  • thin-provisioned:精简置备,我认为的很容易被人误解的 RBD 的一个属性,1TB 的集群是能创建无数 1PB 的块的。说白了就是,块的大小和在 Ceph 中实际占用的大小是没有关系的,甚至,刚创建出来的块是不占空间的,今后用多大空间,才会在 Ceph 中占用多大空间。打个比方就是,你有一个 32G 的 U盘,存了一个2G的电影,那么 RBD 大小就类似于 32G,而 2G 就相当于在 Ceph 中占用的空间。

RBD,和下面说的,是一回事。

实验环境很简单,可以参考一分钟部署单节点Ceph这篇文章,因为本文主要介绍RBD,对 Ceph 环境不讲究,一个单 OSD 的集群即可。

创建一个1G的块 foo,因为是Hammer默认是format 1的块,具体和format 2的区别会在下文讲到:

[root@ceph cluster]# ceph -s
    cluster fc44cf62-53e3-4982-9b87-9d3b27119508
     health HEALTH_OK
     monmap e1: 1 mons at {ceph=233.233.233.233:6789/0}
            election epoch 2, quorum 0 ceph
     osdmap e5: 1 osds: 1 up, 1 in
      pgmap v7: 64 pgs, 1 pools, 0 bytes data, 0 objects
            7135 MB used, 30988 MB / 40188 MB avail
                  64 active+clean
[root@ceph cluster]# rbd create foo --size 1024
[root@ceph cluster]# rbd info foo
rbd image 'foo':
    size 1024 MB in 256 objects
    order 22 (4096 KB objects)
    block_name_prefix: rb.0.1014.74b0dc51
    format: 1
[root@ceph cluster]# ceph -s
...
    pgmap v10: 64 pgs, 1 pools, 131 bytes data, 2 objects
            7136 MB used, 30988 MB / 40188 MB avail
                  64 active+clean

Tips : rbd 的指令如果省略 -p / --pool参数,则会默认-p rbd,而这个rbd pool是默认生成的。

对刚刚的rbd info的几行输出简单介绍下:

    size 1024 MB in 256 objects
    order 22 (4096 KB objects)
    block_name_prefix: rb.0.1014.74b0dc51
    format: 1
  • size: 就是这个块的大小,即1024MB=1G,1024MB/256 = 4M,共分成了256个对象(object),每个对象4M,这个会在下面详细介绍。
  • order 22, 22是个编号,4M是22, 8M是23,也就是2^22 bytes = 4MB, 2^23 bytes = 8MB。
  • block_name_prefix: 这个是块的最重要的属性了,这是每个块在ceph中的唯一前缀编号,有了这个前缀,把服务器上的OSD都拔下来带回家,就能复活所有的VM了。
  • format : 格式有两种,1和2,下文会讲。

观察建foo前后的ceph -s输出,会发现多了两个文件,查看下:

    pgmap v10: 64 pgs, 1 pools, 131 bytes data, 2 objects

[root@ceph cluster]# rados -p rbd ls
foo.rbd
rbd_directory

再查看这两个文件里面的内容:

[root@ceph ~]# rados -p rbd get foo.rbd foo.rbd
[root@ceph ~]# rados -p rbd get rbd_directory rbd_directory
[root@ceph ~]# hexdump  -vC foo.rbd 
00000000  3c 3c 3c 20 52 61 64 6f  73 20 42 6c 6f 63 6b 20  |<<< Rados Block |
00000010  44 65 76 69 63 65 20 49  6d 61 67 65 20 3e 3e 3e  |Device Image >>>|
00000020  0a 00 00 00 00 00 00 00  72 62 2e 30 2e 31 30 31  |........rb.0.101|
00000030  34 2e 37 34 62 30 64 63  35 31 00 00 00 00 00 00  |4.74b0dc51......|
00000040  52 42 44 00 30 30 31 2e  30 30 35 00 16 00 00 00  |RBD.001.005.....|
root@ceph ~]# hexdump  -vC rbd_directory 
00000000  00 00 00 00 01 00 00 00  03 00 00 00 66 6f 6f 00  |............foo.|

这时候我们再创建一个 RBD 叫bar,再次对比查看:

[root@ceph ~]# rbd create bar --size 1024
[root@ceph ~]# rados -p rbd ls
bar.rbd
foo.rbd
rbd_directory
[root@ceph ~]# rados -p rbd get rbd_directory rbd_directory
[root@ceph ~]# hexdump  -vC rbd_directory 
00000000  00 00 00 00 02 00 00 00  03 00 00 00 62 61 72 00  |............bar.|
00000010  00 00 00 03 00 00 00 66  6f 6f 00 00 00 00        |.......foo....|

多出了个bar.rbd文件,很容易联想到这个文件的内容是和foo.rbd内容类似的,唯一不同的是保存了各自的block_name_prefix。然后,rbd_directory里面多出了bar这个块名字。可以得出以下的推论:

每个块(RBD)刚创建(format 1)时都会生成一个rbdName.rbd这样的文件(ceph里的对象),里面保存了这个块的prefix。 同时,rbd_directory会增加刚刚的创建的rbdName,顾名思义这个文件就是这个pool里面的所有RBD的索引。

为了简单试验,删掉刚刚的bar只留下foo:

[root@ceph ~]# rbd rm bar
Removing image: 100% complete...done.

RBD 使用

建好了块,我们就开始使用这个块了:

[root@ceph ~]# rbd map foo
/dev/rbd0
[root@ceph ~]# mkfs.xfs /dev/rbd0 
meta-data=/dev/rbd0              isize=256    agcount=9, agsize=31744 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=0        finobt=0
data     =                       bsize=4096   blocks=262144, imaxpct=25
         =                       sunit=1024   swidth=1024 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=0
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=8 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
[root@ceph ~]# mkdir  /foo
[root@ceph ~]# mount /dev/rbd0 /foo/
[root@ceph ~]# df -h
文件系统        容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/vda1        40G  7.0G   31G   19% /
...
/dev/rbd0      1014M   33M  982M    4% /foo

我喜欢记点东西,比如上面的33M就是刚格式化完的xfs系统的大小,算是一个特点吧。 先别急着用,集群发生了点变化,观察下:

[root@ceph ~]# ceph -s
      pgmap v44: 64 pgs, 1 pools, 14624 KB data, 15 objects

[root@ceph ~]# rados -p rbd ls |sort 
foo.rbd
rb.0.1014.74b0dc51.000000000000
rb.0.1014.74b0dc51.000000000001
rb.0.1014.74b0dc51.00000000001f
rb.0.1014.74b0dc51.00000000003e
rb.0.1014.74b0dc51.00000000005d
rb.0.1014.74b0dc51.00000000007c
rb.0.1014.74b0dc51.00000000007d
rb.0.1014.74b0dc51.00000000007e
rb.0.1014.74b0dc51.00000000009b
rb.0.1014.74b0dc51.0000000000ba
rb.0.1014.74b0dc51.0000000000d9
rb.0.1014.74b0dc51.0000000000f8
rb.0.1014.74b0dc51.0000000000ff
rbd_directory

比刚刚多了13个文件,而且特别整齐还!观察这些文件的后缀,可以发现,后缀是以16进制进行编码的,那么从0x00 -> 0xff是多大呢,就是十进制的256,这个数字是不是很眼熟:

    size 1024 MB in 256 objects

可是这里只有13个文件,并没有256个啊,这就是RBD的精简置备的一个验证,刚刚创建foo的时候,一个都没有呢,而这里多出的13个,是因为刚刚格式化成xfs时生成的。我们着重关注索引值为0x00 & 0x01这两个碎片文件(Ceph Object):

[root@ceph ~]# rados -p rbd get rb.0.1014.74b0dc51.000000000000 rb.0.1014.74b0dc51.000000000000
[root@ceph ~]# rados -p rbd get rb.0.1014.74b0dc51.000000000001 rb.0.1014.74b0dc51.000000000001
[root@ceph ~]# hexdump -vC rb.0.1014.74b0dc51.000000000000|more
00000000  58 46 53 42 00 00 10 00  00 00 00 00 00 04 00 00  |XFSB............|
00000010  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
00000020  c5 79 ca f7 fc 5d 48 2d  81 5e 4c 75 29 3c 90 d3  |.y...]H-.^Lu)<..|
...

[root@ceph ~]# ll rb.* -h
-rw-r--r-- 1 root root 128K 10月 12 19:10 rb.0.1014.74b0dc51.000000000000
-rw-r--r-- 1 root root  16K 10月 12 19:10 rb.0.1014.74b0dc51.000000000001
[root@ceph ~]# file rb.0.1014.74b0dc51.000000000000
rb.0.1014.74b0dc51.000000000000: SGI XFS filesystem data (blksz 4096, inosz 256, v2 dirs)
[root@ceph ~]# rbd export foo hahahaha
Exporting image: 100% complete...done.
[root@ceph ~]# file hahahaha 
hahahaha: SGI XFS filesystem data (blksz 4096, inosz 256, v2 dirs)

[root@ceph ~]# hexdump -vC rb.0.1014.74b0dc51.000000000001
00000000  49 4e 41 ed 02 01 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |INA.............|
00000010  00 00 00 02 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
00000020  00 00 00 00 00 00 00 00  57 fe 15 be 0b cb a3 58  |........W......X|
00000030  57 fe 15 be 0b cb a3 58  00 00 00 00 00 00 00 06  |W......X........|
00000040  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
...............太长了自己看~
[root@ceph ~]# hexdump -vC rb.0.1014.74b0dc51.000000000001|grep IN |wc -l
64

这里的每一行输出都是很值得思考的,首先我们导出刚刚提到的两个对象,查看第一个对象,开头就是XFSB,可以验证这是刚刚mkfs.xfs留下来的,这时候查看文件大小,发现并没有4M那么大,别担心一会会变大的,值得关注的是file第0x00个对象,输出居然是XFS filesystem data,进一步验证了刚刚mkfs.xfs的足迹,这和整个块的file信息是一样的,我猜测xfs把文件系统核心信息就保存在块设备的最最前面的128KB。而后面的第0x01个对象里面的IN输出是64,我不负责任得猜想这个可能是传说中的inode。抛去猜想这里给到的结论是:

在使用块设备的容量后,会按需生成对应的对象,这些对象的共同点是:命名遵循 block_name_prefix+indexindex range from [0x00, 0xff],而这个区间的大小正好是所有对象数的总和。

现在让我们把foo塞满:

[root@ceph ~]# dd if=/dev/zero of=/foo/full-me 
dd: 正在写入"/foo/full-me": 设备上没有空间
记录了2010449+0 的读入
记录了2010448+0 的写出
1029349376字节(1.0 GB)已复制,37.9477 秒,27.1 MB/秒

[root@ceph ~]# ceph -s
      pgmap v81: 64 pgs, 1 pools, 994 MB data, 258 objects
            10500 MB used, 27623 MB / 40188 MB avail

这里写了将近1G的数据,重点在后面的258 objects,如果理解了前面说的内容,这258个对象自然是由rbd_directoyfoo.rbd还有256个prefix+index对象构成的,因为我们用完了这个块的所有容量,所以自然就生成了所有的256的小4M对象。

写入文件

我们把环境恢复到foo被填满的上一步,也就是刚刚mkfs.xfsmount /dev/rbd0 /foo这里。向这个块里面写入文件:

[root@ceph ~]# echo '111111111111111111111111111111111111111111' > /foo/file1.txt
[root@ceph ~]# echo '222222222222222222222222222222222222222222' > /foo/file2.txt
[root@ceph ~]# echo '333333333333333333333333333333333333333333' > /foo/file3.txt
[root@ceph ~]# rados -p rbd get rb.0.106a.74b0dc51.000000000001 rb.0.106a.74b0dc51.000000000001

这里我之所以只导出了0x01这个对象,是因为我之前已经导出过所有的对象,经过对比后发现,在写入文件之后,只有这个文件的大小增大了diff之后,很快找到了写入的内容。

[root@ceph ~]# hexdump -vC rb.0.106a.74b0dc51.000000000001 
00000000  49 4e 41 ed 02 01 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |INA.............|
00000010  00 00 00 02 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 01  |................|
00000020  00 00 00 00 00 00 00 00  57 fe 25 2f 32 6c 64 83  |........W.%/2ld.|
00000030  57 fe 25 2f 32 6c 64 83  00 00 00 00 00 00 00 36  |W.%/2ld........6|
00000040  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
00000050  00 00 00 02 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
00000060  ff ff ff ff 03 00 00 00  40 00 09 00 30 66 69 6c  |........@...0fil|
00000070  65 31 2e 74 78 74 00 00  40 03 09 00 48 66 69 6c  |e1.txt..@...Hfil|
00000080  65 32 2e 74 78 74 00 00  40 04 09 00 60 66 69 6c  |e2.txt..@...`fil|
00000090  65 33 2e 74 78 74 00 00  40 05 00 00 00 00 00 00  |e3.txt..@.......|
000000a0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
000000b0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
000000c0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
...
00004000  31 31 31 31 31 31 31 31  31 31 31 31 31 31 31 31  |1111111111111111|
00004010  31 31 31 31 31 31 31 31  31 31 31 31 31 31 31 31  |1111111111111111|
00004020  31 31 31 31 31 31 31 31  31 31 0a 00 00 00 00 00  |1111111111......|
00004030  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
...
00005000  32 32 32 32 32 32 32 32  32 32 32 32 32 32 32 32  |2222222222222222|
00005010  32 32 32 32 32 32 32 32  32 32 32 32 32 32 32 32  |2222222222222222|
00005020  32 32 32 32 32 32 32 32  32 32 0a 00 00 00 00 00  |2222222222......|
00005030  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
...
00006000  33 33 33 33 33 33 33 33  33 33 33 33 33 33 33 33  |3333333333333333|
00006010  33 33 33 33 33 33 33 33  33 33 33 33 33 33 33 33  |3333333333333333|
00006020  33 33 33 33 33 33 33 33  33 33 0a 00 00 00 00 00  |3333333333......|
00006030  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|

这里我们找到了文件名和文件的内容,这很xfs!因为是xfs将这些文件和他们的内容组织成这样的格式的,再关注下每一行前面的编号,这里同样是16进制编码,如果之前我对IN == inode的猜测是对的话,所有的inodeIN都出现在索引范围为[0x00000000, 0x00004000)的区间,这个0x00004000的单位是byte转换过来就是16KB,这个小4M内的所有的inode都保存在前16KB区间。而文件出现的第一个索引为0x00004000,第二个在0x00005000,第三个在0x00006000,之间相差了0x1000 bytes也就是4096 bytes == 4KB,还记得mkfs.xfs时的输出吗?

[root@ceph ~]# mkfs.xfs /dev/rbd1
meta-data=/dev/rbd1              isize=256    agcount=9, agsize=31744 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=0        finobt=0
data     =                       bsize=4096   blocks=262144, imaxpct=25
         =                       sunit=1024   swidth=1024 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=0
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=8 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0

也就是这里的bsize = 4096使得文件之间间隔了4KB,很抱歉我的xfs知识还是一片空白,所以这里很多东西都靠猜,等我补完这一课会回来再做更正的。所以这里我们的结论就是:

RBD其实是一个完完整整的块设备,如果把1G的块想成一个1024层楼的高楼的话,xfs可以想象成住在这个大楼里的楼管,它只能在大楼里面,也就只能看到这1024层的房子,楼管自然可以安排所有的住户(文件or文件名),住在哪一层哪一间,睡在地板还是天花板(文件偏移量),隔壁的楼管叫做ext4,虽然住在一模一样的大楼里(foo or bar),但是它们有着自己的安排策略,这就是文件系统如果组织文件的一个比喻了,我们就不做深究,明白到这里就好了。 然并卵,拆迁大队长跑来说,我不管你们(xfsorext4)是怎么安排的,盖这么高的楼是想上天了?,然后大队长把这1024层房子,每4层(4MB)砍了一刀,一共砍成了256个四层,然后一起打包带走了,运到了一个叫做Ceph的小区里面,放眼望去,这个小区里面的房子最高也就四层(填满的),有的才打了地基(还没写内容)。

这一节最主要的目的就是说明,在Ceph眼里,它并不关心这个RBD是做什么用处的,统统一刀斩成4M大小的对象,而使用这个RBD的用户(比如xfs),它只能从RBD里面操作,它可能将一个大文件从三楼写到了五楼,但是Ceph不管,直接从四楼砍一刀,文件分了就分了,反正每个小四层都有自己的编号(index),不会真的把文件给丢了。

最后再来个小操作(4214784=0x405000):

[root@ceph ~]# cat /foo/file2.txt 
222222222222222222222222222222222222222222
[root@ceph ~]# echo Ceph>Ceph
[root@ceph ~]# dd if=Ceph of=/dev/rbd0  seek=4214784 oflag=seek_bytes
记录了0+1 的读入
记录了0+1 的写出
5字节(5 B)已复制,0.0136203 秒,0.4 kB/秒
[root@ceph ~]# hexdump -Cv /dev/rbd0 -n 100 -s 0x405000
00405000  43 65 70 68 0a 32 32 32  32 32 32 32 32 32 32 32  |Ceph.22222222222|
00405010  32 32 32 32 32 32 32 32  32 32 32 32 32 32 32 32  |2222222222222222|
00405020  32 32 32 32 32 32 32 32  32 32 0a 00 00 00 00 00  |2222222222......|
00405030  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|

[root@ceph ~]# cat /foo/file2.txt 
Ceph
2222222222222222222222222222222222222

需要执行sync && echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches后才能看到修改的效果。

AMAZING!,至少我是这么觉得的,我们通过查看index0x01的小4M文件,得知了file2.txt这个文件内容在这个小4M内保存的位置为0x5000,因为0x01前面还有一个小4M文件即0x00,那么这个file2.txt在整个RBD内的偏移量为4MB+0x5000B=0x400,000B+0x5000B=0x405000B=4214784,也就是说保存在/dev/rbd0的偏移量为0x405000的位置,这时候用dd工具,直接向这个位置写入一个Ceph,再查看file2.txt的内容,果然,被修改了!

RBD 组装

受到这篇文章启发,我们开始组装一个RBD,所谓组装,就是把刚刚的13个小4M碎片从集群中取出来,然后利用这13个文件,重建出一个1G的RBD块,这里的实验环境没有那篇文章里面那么苛刻,因为集群还是能访问的,不像文章里提到的集群已死,不能执行ceph指令,需要从OSD里面把碎片文件一个个捞出来。

  • 一点思考: 使用find .这种方法太慢了,有一个事实是,可以从任何一个dead OSD 导出这个集群的crushmap,我有一个为证实的猜想,能否将这个CRUSHMAP注入到一个活的集群,然后这两个集群的ceph osd map <pool> <object>的输出如果一样的话:
  • live集群: ceph osd map <pool> foo.rbd,得到块名所存储的位置,前往dead集群找到之。
  • dead集群: 读取foo.rbd文件读取prefix。希望你还能记得这个块的大小。
  • live集群: 做个循环,读取ceph osd map <pool> prefix+index[0x00,Max_index]的输出,可以获取在dead集群的某个OSD的某个PG下面,这样就可以直接定位而不需要从find .结果来过滤了。
  • 只是猜想,未证实,这两天证实过再回来订正。

通过这个实验,可以直接通过osdmap获取所有的object的存储位置,不需要平移crush了,十分方便快捷。

我们很快就可以把那13个文件拿出来了,现在开始组装:

[root@ceph rbd]# ll
总用量 14636
-rw-r--r-- 1 root root  131072 10月 13 11:35 rb.0.1078.74b0dc51.000000000000
-rw-r--r-- 1 root root   28672 10月 13 11:35 rb.0.1078.74b0dc51.000000000001
-rw-r--r-- 1 root root   16384 10月 13 11:35 rb.0.1078.74b0dc51.00000000001f
-rw-r--r-- 1 root root   16384 10月 13 11:35 rb.0.1078.74b0dc51.00000000003e
-rw-r--r-- 1 root root   16384 10月 13 11:35 rb.0.1078.74b0dc51.00000000005d
-rw-r--r-- 1 root root 4194304 10月 13 11:36 rb.0.1078.74b0dc51.00000000007c
-rw-r--r-- 1 root root 4194304 10月 13 11:36 rb.0.1078.74b0dc51.00000000007d
-rw-r--r-- 1 root root 2129920 10月 13 11:36 rb.0.1078.74b0dc51.00000000007e
-rw-r--r-- 1 root root   16384 10月 13 11:36 rb.0.1078.74b0dc51.00000000009b
-rw-r--r-- 1 root root   16384 10月 13 11:36 rb.0.1078.74b0dc51.0000000000ba
-rw-r--r-- 1 root root   16384 10月 13 11:36 rb.0.1078.74b0dc51.0000000000d9
-rw-r--r-- 1 root root   16384 10月 13 11:36 rb.0.1078.74b0dc51.0000000000f8
-rw-r--r-- 1 root root 4194304 10月 13 11:36 rb.0.1078.74b0dc51.0000000000ff

组装的基本思想就是,先搭建一个1024层的大楼,然后,把刚刚的13个四层根据它的index,安插到对应的楼层,缺少的楼层就空在那就好了,脚本来自刚刚的文章,我对其进行了一小部分的修改,使之适合我们这个实验,脚本将输出一个名为foo的块:

#!/bin/sh
# Rados object size 这是刚刚的4M的大小
obj_size=4194304

# DD bs value
rebuild_block_size=512

#rbd="${1}" 
rbd="foo"  #生成的块名
#base="${2}" #prefix
base="rb.0.1078.74b0dc51"
#rbd_size="${3}" #1G
rbd_size="1073741824" 

base_files=$(ls -1 ${base}.* 2>/dev/null | wc -l | awk '{print $1}')
if [ ${base_files} -lt 1 ]; then
  echo "COULD NOT FIND FILES FOR ${base} IN $(pwd)"
  exit
fi

# Create full size sparse image.  Could use truncate, but wanted
# as few required files and dd what a must.
dd if=/dev/zero of=${rbd} bs=1 count=0 seek=${rbd_size} 2>/dev/null

for file_name in $(ls -1 ${base}.* 2>/dev/null); do
  seek_loc=$(echo ${file_name} | awk -F_ '{print $1}' | awk -v os=${obj_size} -v rs=${rebuild_block_size} -F. '{print os*strtonum("0x" $NF)/rs}')
  dd conv=notrunc if=${file_name} of=${rbd} seek=${seek_loc} bs=${rebuild_block_size} 2>/dev/null
done

从上面的脚本就可以看出,这是一个填楼工程,将其填完之后,我们来看得到的foo文件:

[root@ceph rbd]# file foo
foo: SGI XFS filesystem data (blksz 4096, inosz 256, v2 dirs)
[root@ceph rbd]# du -sh foo 
15M    foo
[root@ceph rbd]# ll  -h foo
-rw-r--r-- 1 root root 1.0G 10月 13 12:26 foo

这时候,我们挂载会出现一个小问题,uuid重复:

[root@ceph rbd]# mount foo /mnt
mount: 文件系统类型错误、选项错误、/dev/loop0 上有坏超级块、
       缺少代码页或助手程序,或其他错误

       有些情况下在 syslog 中可以找到一些有用信息- 请尝试
       dmesg | tail  这样的命令看看。
[root@ceph rbd]# dmesg |tail
[3270374.155472] XFS (loop0): Filesystem has duplicate UUID 1c4b010c-a2d8-4615-8307-be5419d94add - can't mount

原因很简单,还记得我们刚刚操作时的mount /dev/rbd0 /foo吗? foo块是/dev/rbd0的克隆,所以fooUUID是和/dev/rbd0的是一样的,这时候我们umount /foo即可:

[root@ceph rbd]# umount  /foo/
[root@ceph rbd]# mount foo /mnt
[root@ceph rbd]# ls /mnt/
file1.txt  file2.txt  file3.txt
[root@ceph rbd]# cat /mnt/file2.txt 
Ceph
2222222222222222222222222222222222222

神奇吧,我们用碎片文件组装了一个完完整整的RBD块,能和Ceph里map出来的RBD一样使用,并且数据也是一样的,相信如果理解了前几节的内容,对这个实验的结果就不会很意外了。

Format 1 VS Format 2

众所周知,RBD有两种格式:

  • Format 1: Hammer以及Hammer之前默认都是这种格式,并且rbd_default_features = 3.
  • Format 2: Jewel默认是这种格式,并且rbd_default_features = 61.

关于features的问题将在下节解释,这里我们只讨论这两种格式的RBD在ceph底层的存储有什么区别,首先安装一个Jewel版本的环境(或者改配置项),方法很简单:

[root@ceph install-ceph-in-one-minute]#  cd /root/install-ceph-in-one-minute/
[root@ceph install-ceph-in-one-minute]#  ./cleanup.sh 
kill: 向 945 发送信号失败: 没有那个进程
root       955   943  0 13:18 pts/4    00:00:00 grep ceph
root     20960     2  0 10月11 ?      00:00:00 [ceph-msgr]
root     22052     2  0 10月12 ?      00:00:00 [ceph-watch-noti]
umount: /var/lib/ceph/osd/ceph-0:未挂载
[root@ceph install-ceph-in-one-minute]# sed -i 's/hammer/jewel/g' install.sh 
[root@ceph install-ceph-in-one-minute]# ./install.sh
...
[root@ceph ~]# ceph -s
    cluster 04949396-488c-4244-a141-b2ae6de3ed38
     health HEALTH_OK
     monmap e1: 1 mons at {ceph=233.233.233.233:6789/0}
            election epoch 3, quorum 0 ceph
     osdmap e5: 1 osds: 1 up, 1 in
            flags sortbitwise
      pgmap v15: 64 pgs, 1 pools, 0 bytes data, 0 objects
            7234 MB used, 30889 MB / 40188 MB avail
                  64 active+clean
[root@ceph ~]# ceph -v
ceph version 10.2.3 (ecc23778eb545d8dd55e2e4735b53cc93f92e65b)

创建一个foo块,并观察集群多出了哪些文件:

[root@ceph ~]# rbd create foo --size 1024
[root@ceph ~]# rbd info foo
rbd image 'foo':
    size 1024 MB in 256 objects
    order 22 (4096 kB objects)
    block_name_prefix: rbd_data.101474b0dc51
    format: 2
    features: layering, exclusive-lock, object-map, fast-diff, deep-flatten
    flags: 
[root@ceph ~]# rados -p rbd ls
rbd_object_map.101474b0dc51
rbd_header.101474b0dc51
rbd_id.foo
rbd_directory

[root@ceph ~]# rbd map foo
rbd: sysfs write failed
RBD image feature set mismatch. You can disable features unsupported by the kernel with "rbd feature disable".
In some cases useful info is found in syslog - try "dmesg | tail" or so.
rbd: map failed: (6) No such device or address
[root@ceph ~]# rbd feature disable foo deep-flatten
[root@ceph ~]# rbd feature disable foo fast-diff
[root@ceph ~]# rbd feature disable foo object-map
[root@ceph ~]# rbd feature disable foo exclusice-lock
[root@ceph ~]# rbd map foo
/dev/rbd1
[root@ceph ~]# rados -p rbd ls
rbd_header.101474b0dc51
rbd_id.foo
rbd_directory

多出了四个文件,在关闭object-map属性后,少了一个rbd_object_map.101474b0dc51文件,我们查看剩下的三个文件内容:

[root@ceph ~]# rados -p rbd get rbd_header.101474b0dc51 rbd_header.101474b0dc51
[root@ceph ~]# rados -p rbd get rbd_id.foo rbd_id.foo
[root@ceph ~]# rados -p rbd get rbd_directory rbd_directory
[root@ceph ~]# hexdump -Cv rbd_directory 
[root@ceph ~]# hexdump -Cv rbd_header.101474b0dc51 
[root@ceph ~]# hexdump -Cv rbd_id.foo 
00000000  0c 00 00 00 31 30 31 34  37 34 62 30 64 63 35 31  |....101474b0dc51|
00000010

可以发现,rbd_directory不再保存所有RBD的名称,相比于format1的 foo.rbdformat2采用rbd_id.rbdName的形式保存了这个块的prefix,而另一个文件rbd_header,xxxxxxxxprefix显示的保存了这个prefix,我们再向这个块写入点文件:

[root@ceph ~]# mkfs.xfs /dev/rbd1
[root@ceph ~]# ceph -s
      pgmap v187: 64 pgs, 1 pools, 14624 kB data, 16 objects
[root@ceph ~]# rados -p rbd ls|sort
rbd_data.101474b0dc51.0000000000000000
rbd_data.101474b0dc51.0000000000000001
rbd_data.101474b0dc51.000000000000001f
rbd_data.101474b0dc51.000000000000003e
rbd_data.101474b0dc51.000000000000005d
rbd_data.101474b0dc51.000000000000007c
rbd_data.101474b0dc51.000000000000007d
rbd_data.101474b0dc51.000000000000007e
rbd_data.101474b0dc51.000000000000009b
rbd_data.101474b0dc51.00000000000000ba
rbd_data.101474b0dc51.00000000000000d9
rbd_data.101474b0dc51.00000000000000f8
rbd_data.101474b0dc51.00000000000000ff
rbd_directory
rbd_header.101474b0dc51
rbd_id.foo

可以发现,生成的13个小4M文件的后缀和format 1的是一模一样的,只是命名规则变成了rbd_data.[prefix].+[index],之所以后缀是一样的是因为xfs对于1G的块总是会这样构建文件系统,所以对于F1 & F2,这些小4M除了命名规范不一样外,实际保存的内容都是一样的,下面对这两种格式进行简要的对比总结:

格式

rbd_diretory

ID

prefix

Data

Format 1

保存了所有RBD的名称

foo.rbd

在ID中

形如 rb.0.1014.74b0dc51.000000000001

Format 2

rbd_id.foo

在ID中 并rbd_header.prefix显示输出

形如 rbd_data.101474b0dc51.0000000000000001

FAQ

1、 rbd feature disable

最常见的RBD使用问题,一般出现于Format 2rbd map操作,需要关闭如下属性即可,注意顺序

[root@ceph ~]# rbd feature disable foo deep-flatten
[root@ceph ~]# rbd feature disable foo fast-diff
[root@ceph ~]# rbd feature disable foo object-map
[root@ceph ~]# rbd feature disable foo exclusice-lock

2、100TB的RBD要删几个月?

是的,之前看到调试的log发现,rbd rm foo的时候,是从index的0开始一个个得往后面删,所以100TB 的块有两千六百万个4M碎片组成,虽然实际上并没有用到这么多,但是一个个删的话,还是相当慢的,如果是Format 1我们可以rados ls|grep block_name_prefix |xargs rados rm这种思路删除,再删掉foo.rbd文件,再执行rbd rm foo就可以很快删掉了。这里有一篇很详尽的文章介绍了删除方法。

3、为什么总是4M的块

rbd_default_order = 22这个配置项决定了切块的大小,默认值为22,参考了这篇文章我得到了ordersize的几个关系:

order

size

23

8M

22

4M

21

2M

20

1M

大概关系就是这样,暂时没找更详细的介绍,man rbd能看到更详细的信息。

size = 2 ** order bytes 也就是2的order次方。

4、 Features 编号

配置项为rbd_default_features = [3 or 61],这个值是由几个属性加起来的:

  • only applies to format 2 images
  • +1 for layering,
  • +2 for stripingv2,
  • +4 for exclusive lock,
  • +8 for object map
  • +16 for fast-diff,
  • +32 for deep-flatten,
  • +64 for journaling

所以61=1+4+8+16+32就是layering | exclusive lock | object map |fast-diff |deep-flatten这些属性的大合集,需要哪个不需要哪个,做个简单的加法配置好rbd_default_features就可以了。 总结

这篇文章还是有点残缺的:

  • RBD碎片在底层是以rbd\udata.101474b0dc51.0000000000000000__head_DDFD75CF__0这种命名方式保存的。
  • xfsinode猜测为证实。
  • CRUSHMAP的平移注入是否会产生相同的ceph osd map结果。
    • 答案:会产生相同的结果,但是不需要平移,只需要一个osdmap就好了。

最简单的话来总结下RBD:Client从RBD内部看,RBD是一个整体,Ceph从RBD外部看,是若干的碎片。

Enjoy It!

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