OpenStack平台与Ceph统一存储的集成
ceph存储原理
ceph存储原理ceph是一种开源、分布式的对象存储和文件系统，它能够在大规模的集群中存储和管理海量数据。
在ceph中，数据被分割成对象，并将这些对象存储在不同的存储节点上以实现高可用性和容错性。
这篇文章将介绍ceph存储的原理，包括ceph的架构、数据的存储和调度方式以及ceph如何处理故障。
ceph架构ceph的架构包括三个主要组成部分：客户端、存储集群和元数据服务器。
客户端是使用ceph存储的应用程序，它们通常是通过ceph API或者对象存储接口来访问ceph集群。
存储集群由一个或多个monitors、object storage devices（OSD），以及可能的元数据服务器组成。
monitors是ceph集群的核心组件，它负责管理ceph的全局状态信息、监控OSD 状态，并为客户端提供服务发现和配置信息。
OSD是实际存储数据的存储节点，它负责存储和处理对象，并在节点故障时自动重新平衡数据。
元数据服务器用于管理ceph文件系统中的元数据信息，包括文件和目录的名称、属性和层次关系等。
ceph存储数据的方式ceph将数据分割成对象，并使用CRUSH算法将这些对象分布在集群中的OSD上。
CRUSH 算法是ceph中存储调度的核心算法，它通过一系列计算将对象映射到存储集群中的OSD。
CRUSH将对象映射到OSD的方式是通过建立CRUSH映射表以实现负载均衡和容错。
CRUSH映射表可以根据管理员的需求进行调整，以达到最佳的性能和可扩展性。
ceph的CRUSH算法有以下特点：1. CRUSH将对象映射到可扩展的存储后端，以实现分布式存储和高可用性。
2. CRUSH使用元数据信息来动态调整对象的存储位置，并根据OSD的状态和磁盘使用情况等信息来实现负载均衡。
3. CRUSH允许管理员对存储策略进行调整，以适应不同的应用场景。
ceph的故障处理ceph具有强大的故障处理机制，它能够自动处理节点故障和数据损坏等问题，以确保数据的完整性和可用性。
分布式软件定义存储Ceph介绍
•Xfs
•Btrfs
•Ext4
•新版本中将支持更多的后端形式，如直接管理
块设备
•在一个集群中支持3-10000+的OSD
MON
Mon1
Mon2
Mon3
•Monitoring daemon •维护集群的视图和状态 •OSD和monitor之间相互传输节点状态信息，共同得出系统的总体 工作状态，并形成一个全局系统状态记录数据结构，即所谓的集群 视图（cluster map）
Ceph的历史
•2003年项目成立； •2006年作者将其开源； •2009年Inktank公司成立并发布Ceph的第一个稳定版本”Argonaut” ； •2014年红帽公司收购了Inktank，丰富了自己的软件定义存储的产品 线，此次收购使红帽成为领先的开源存储产品供应商，包括对象存储 、块存储和文件存储。
•通过RESTFUL API管理所有的集群和对象存储功能
特性总结-安全
•访问控制列表
•高细腻度的对象存储用户和用户组的安全控制
•配额
•支持对Cephfs设定使用额度
特性总结-可用性
•在集群节点之间条带和复制数据
•保证数据的持久性、高可用和高性能
•动态块设备大小调整
•扩卷缩卷不会导致宕机
•快速数据定位
•扩展的RADOS •RADOS可以横跨2个异地的数据中心并经过优化设计（低网络延时）
归档/冷 存储
CEPH STORAGE CLUSTER
成本
•支持瘦部署
•支持超量分配（block only）
•支持普通硬件设备
•将廉价PC服务器转换成存储设备满足不同负载和大容量、高可用、可扩展 的需求
•Erasure Coding纠删码
云计算框架与应用
第一章OpenStack是一个进行云部署的操作平台或工具集，可以控制大量的计算、存储、网络资源，但它本身不能进行虚拟化，需要依赖第三方软件。
与其它开源IaaS云平台相比，OpenStack具有项目松耦合、组件配置较为灵活、二次开发容易等优势。
搭建OpenStack环境时，一般需要控制节点、计算节点、块存储节点、对象存储节点和网络节点。
其中块存储节点、对象存储节点和网络节点不是必选节点。
OpenStack工作流程（能根据图1-5 OpenStack 概念架构图进行论述）Kubernetes是基于容器技术的分布式架构方案，也是一个开放的开发平台，既不限制编程语言，也不限定编程接口。
Kubernetes是一个典型的Master/Slave式分布式集群架构，拥有Master和Node 两类节点。
Master节点为控制节点，负责整个集群的管理；Node节点为工作节点，负责处理Master分配的工作负载。
第三章网桥是工作在数据链路层的一个物理或虚拟设备。
网桥在宿主机上创建，用于为虚拟机提供网络连接。
连接在同一个网桥上的虚拟机之间可以相互通信。
网关是在具有路由功能的设备上的一个端口。
网关为虚拟机提供三层网络的连通性。
为了减小广播域，将一个局域网划分成多个虚拟局域网VLAN，但是不同虚拟局域网VLAN的物理机和虚拟机之间需要通过网关进行通信。
为了解决服务器物理接口数量有限，不能为众多VLAN提供连接到网关的接口的问题，将物理接口划分为若干个子接口网桥或者交换机上的端口，可以配置成Access端口或者Trunk端口， Access端口只能传输同一个VLAN的数据， Trunk端口可以传输所有VLAN的数据第四章安装OpenStack的基础组件至少需要一个控制节点和一个计算节点。
安装前需要配置好时间服务，保证所有节点时间一致。
MySQL是OpenStack的数据库组件，安装在控制节点上。
RabbitMQ是OpenStack的消息队列服务组件，用于协调各服务组件之间的信息交换。
openstack入门PPT课件
OpenStack–Horizon Dashboard服务
管理员：
OpenStack–Horizon Dashboard服务
云终端用户
OpenStack–块存储Cinder架构
OpenStack–块存储Cinder
❖ Cinder支持的存储类型
• 本地存储：LVM, Sheepdog • 网络存储：NFS, RBD(Ceph) • HP:3PAR (iSCSI/FC),LeftHand (iSCSI) • IBM: Storwize family/SVC (iSCSI/FC)，XIV (iSCSI)，
OpenStack–Horizon Dashboard服务
❖ Horizon为以下两种角色的用户提供了不同的功能及使用界面： 云管理员： ❖ 提供一个整体视图，可以总览整个云的资源规模及运行状况.可以创建
终端用户和项目，向终端用户分配项目并进行项目可使用的资源配额管 理。 终端用户(云用户)： ❖ 提供了一个自助服务门户，可以在由云管理分配的项目中，在不超过 配额限制的范围内，自由的操作、使用和分配资源。
OpenStack–Glance与其它组件关系
OpenStack–Glance镜像支持格式
raw – 非结构化的镜像格式 vhd – 一种通用的虚拟机磁盘格式， 可用于Vmware、Xen、Microsoft Virtual PC/Virtual Server/HyperV、VirtualBox等。 vmdk – Vmware的虚拟机磁盘格式， 同样也支持多种Hypervisor vdi – VirtualBox、QEMU等支持的虚拟机磁盘格式 iso – 光盘存档格式 qcow2 – 一种支持QEMU并且可以动态扩展的磁盘格式 aki – Amazon Kernel 镜像 ari – Amazon Ramdisk 镜像 ami – Amazon 虚拟机镜像
分布式存储基础、Ceph、cinder及华为软件定义的存储方案
块存储与分布式存储块存储，简单来说就是提供了块设备存储的接口。
通过向内核注册块设备信息,在Linux 中通过lsblk可以得到当前主机上块设备信息列表。
本文包括了单机块存储介绍、分布式存储技术Ceph介绍，云中的块存储Cinder，以及华为软件定义的存储解决方案。
单机块存储一个硬盘是一个块设备，内核检测到硬盘然后在/dev/下会看到/dev/sda/。
因为需要利用一个硬盘来得到不同的分区来做不同的事，通过fdisk工具得到/dev/sda1, /dev/sda2等，这种方式通过直接写入分区表来规定和切分硬盘,是最死板的分区方式。
分布式块存储在面对极具弹性的存储需求和性能要求下，单机或者独立的SAN越来越不能满足企业的需要。
如同数据库系统一样，块存储在scale up的瓶颈下也面临着scale out的需要。
分布式块存储系统具有以下特性：分布式块存储可以为任何物理机或者虚拟机提供持久化的块存储设备;分布式块存储系统管理块设备的创建、删除和attach/detach;分布式块存储支持强大的快照功能，快照可以用来恢复或者创建新的块设备;分布式存储系统能够提供不同IO性能要求的块设备。
现下主流的分布式块存储有Ceph、AMS ESB、阿里云磁盘与sheepdog等。
1Ceph1.1Ceph概述Ceph目前是OpenStack支持的开源块存储实现系统(即Cinder项目backend driver之一) 。
Ceph是一种统一的、分布式的存储系统。
“统一的”意味着Ceph可以一套存储系统同时提供对象存储、块存储和文件系统存储三种功能，以便在满足不同应用需求的前提下简化部署和运维。
“分布式”在Ceph系统中则意味着真正的无中心结构和没有理论上限的系统规模可扩展性。
Ceph具有很好的性能、可靠性和可扩展性。
其核心设计思想，概括为八个字—“无需查表，算算就好”。
1.2Ceph系统的层次结构自下向上，可以将Ceph系统分为四个层次：基础存储系统RADOS（Reliable, Autonomic, Distributed Object Store，即可靠的、自动化的、分布式的对象存储）；基础库LIBRADOS；高层应用接口：包括了三个部分：RADOS GW（RADOS Gateway）、RBD（Reliable Block Device）和Ceph FS（Ceph File System）。
OpenStack存储架构三种流派解读
在UnitedStack组织的存储技术研讨会上，三位来自于UnitedStack、IBM和HP的存储专家分别就UnitedStack文件共享服务、IBM 弹性存储和HP Helion VSA进行了深入解读，详细阐述了OpenStack Manila和Ceph、GPFS到弹性存储的演进、VSA和Helion的结合等技术。
这也可以说是目前市场上云环境下存储架构的经典流派解读。
UnitedStack：如何在OpenStack平台实现文件共享服务？第一位嘉宾的是来自于UnitedStack的资深存储工程师孟圣智，他主要讲述了UnitedStack明年将会重磅推出的文件共享服务。
文件共享服务是企业存储的刚性需求。
根据IDC 2012数据，65%的数据存储是以文件的形态存在的，大量传统应用需要使用文件系统作为存储媒介。
现在大量企业应用往云平台上迁移，自然对传统NAS服务在虚拟化环境下的实现有强烈的需求，那么在OpenStack平台上，如何实现文件共享服务呢？目前，由NetAPP和Mirantis主导的Manila项目越来越受到OpenStack用户的关注，Manila提供了安全的多租户的文件共享服务，现在支持NFS和CIFS，在OpenStackJuno版中已经有了稳定分支。
Manila的核心概念有：共享目录、ACL、共享网络、快照、后端驱动。
目前支持的后端驱动有GPFS、GlusterFS、EMCVNX等。
在云平台上，所有服务必须要考虑多租户资源隔离，目前Manila 的多租户资源隔离依赖于Neutron的私有网络隔离。
Manila的通用驱动的方式是通过Nova创建一台虚拟机(Service VM)，通过Cinder创建一个Volume，并挂载到Service VM上。
Service VM格式化这个Volume，用它作为共享目录，对外提供NFS/CIFS共享服务。
相对于块存储，Manila面临的问题更多。
openstack 使用镜像创建虚拟机原理 -回复
openstack 使用镜像创建虚拟机原理-回复OpenStack使用镜像创建虚拟机原理OpenStack是一个开源的云计算平台，提供了虚拟机管理服务(Virtual Machine Manager, VMM)，其中使用镜像创建虚拟机是一项重要功能。
本文将详细介绍OpenStack使用镜像创建虚拟机的原理，一步一步解释整个过程。
1. 什么是镜像？在OpenStack中，镜像是虚拟机的模板。
它包含了操作系统和应用程序，可以用来快速创建相同配置的虚拟机。
镜像是一个只读的文件，可以是虚拟机的磁盘镜像文件，也可以是容器的文件系统。
2. 镜像的创建在OpenStack中，镜像可以通过多种方式创建。
最常见的方式是从现有的虚拟机克隆或导出，也可以从操作系统安装介质创建，还可以从其他云平台或镜像仓库导入。
当通过克隆或导出现有的虚拟机创建镜像时，OpenStack会对虚拟机进行快照，将其磁盘上的数据完整复制到新的镜像文件中。
这个过程需要一定的时间，取决于虚拟机的大小和磁盘的读写速度。
当从操作系统安装介质创建镜像时，OpenStack会根据安装介质中的文件系统和配置生成一个镜像文件。
这个过程需要借助于OpenStack提供的工具和API来完成，包括操作系统的安装程序和配置管理软件。
当从其他云平台或镜像仓库导入镜像时，OpenStack会下载镜像文件并存储在云平台的存储系统中。
这个过程需要借助于OpenStack提供的镜像导入工具和API。
3. 镜像的存储在OpenStack中，镜像可以存储在不同的存储后端，包括本地磁盘存储(Local Disk Store)、网络文件系统(NFS, Network File System)、对象存储(Swift)和分布式文件系统(Ceph)等。
当镜像存储在本地磁盘上时，需要确保磁盘有足够的容量和性能来存储和读取镜像文件。
一般来说，本地磁盘存储适用于小规模环境，性能要求较低的场景。
当镜像存储在网络文件系统上时，可以通过网络访问共享的镜像文件。
基于OpenStack的云存储系统设计与实现
基于OpenStack的云存储系统设计与实现第一章：绪论云计算作为一项新兴技术在近年来得到了广泛关注，其中云存储作为云计算的一个组成部分也得到了越来越多的应用和研究。
基于OpenStack的云存储系统在能够满足大规模应用需求的同时，也具有高可用性，易扩展性等优点，成为了当前云存储系统的一个重要发展方向。
本文旨在阐述基于OpenStack的云存储系统的设计和实现。
第二章：OpenStack介绍OpenStack是一个由NASA和Rackspace联合开发的开源云计算平台，其主要目标是提供一个用于构建和管理公共，私有和混合云环境的基础设施平台。
OpenStack可以提供虚拟计算，网络和存储资源，同时也具备灵活的扩展性和高度可用性。
第三章：云存储基础概念云存储系统是一种可以存储大量数据的云计算服务。
与传统的本地硬盘/存储设备不同，云存储系统可以通过互联网进行访问，让用户能够高效的共享和管理数据。
云存储系统的核心是分布式存储，其通过将数据划分并存储在不同的节点上，来提供高效，稳定和可扩展的存储服务。
第四章：基于OpenStack的云存储架构设计OpenStack云存储系统可以通过多种存储后端进行部署，包括Ceph，GlusterFS，Swift等。
其中，Swift是OpenStack提供的存储服务，专门用于对象存储。
Swift采用分布式架构，将对象存储在多个节点上，同时提供了多种访问协议，包括REST API，Swift API以及S3 API。
第五章：基于OpenStack的云存储系统实现搭建OpenStack云存储系统可以分为以下几个步骤：1. 安装OpenStack组件：包括Keystone，Glance，Nova等组件。
2. 安装存储后端：可以选择Ceph，GlusterFS，Swift等存储后端。
3. 配置Swift：对Swift进行配置，包括Rings的创建，服务的启动等。
4. 配置访问协议：为Swift配置Rest API，Swift API以及S3API等访问协议。
OpenStack云平台核心模块详解
• nova-consoleauth：为vnc代理服务器提供token验证服务 • nova-novncproxy：为浏览器和vncserver之间建立socket，
console用来连接到虚机的console接口，实现基于vnc的登录和操作 • nova-cert：对接EC2-API的时候才使用，为euca-bundle-image提
backend，可在配置文件glance-api.conf中定义
Horizon
CLI
Nova
File System
Glance-API Storage Adapter
Glance Backend
Swift Cinder
Glance-Registry Glance-DB
Ceph RBD Sheepdog Amazon S3
• 服务相关
• service（服务）：OpenStack 服务，如nova、neutron等，每个服务提供一个或者多个 endpoint 供用户访问 资源以及进行操作
• endpoint（端点）：endpoint是一个网络上可访问的地址，通常是URL。service 通过 endpoint 暴露自己的 API，每个Service有public、internal、admin三个endpoint，keystone 负责管理和维护每个 Service 的 Endpoint
Keystone
• 用户相关
• domain（域） • project（项目） • user（用户） • group（用户组） • role（角色） • token（令牌）
• 一个Region中可以包含多个Domain，一个Domain中可以包含多个Group、user和Project，一个Group中可以包 含多个user。
《Openstack云计算开发与应用》试卷A
……………………………装订线………………………………《Openstack 云计算开发与应用》 课程试卷适用专业： 云计算 试卷类别： A 卷 考试时间： 120 分钟 考试形式： 闭卷班级 姓名 学号一、填空题（每空2分，共20分）1. Openstack 中管理认证服务的组件是 。
2．Glance 的服务状态 表示镜像已经创建完成。
3. OpenStack 官网地址 。
4. 通过命令 查看httpd 的状态。
5. Openstack 主要负责与计算相关的服务。
6. 在Nova 内部，不同服务，如，nova-api ，nova-conductor ，nova-compute ，它们之间通过 进行通信。
7. 通过命令 查看云主机信息 。
8. Openstack 是一个开源项目，主要解决的是 层面的问题。
9. 在openstack 平台中 用于定义可以访问资源的集合。
10. 通常镜像服务部署在 节点。
二、选择题（每题2分，共20分） 1. 目前OpenStack 已经发布（ ）个版本。
A、20B、21C、22D、232. Openstack的组件不包括（）。
A NovaB SwiftC KeystoneD EC23. 以下哪个模块式负责OpenStack中的网络（）。
A NovaB GlanceC NeutronD Swift4. 以下哪个模块式负责OpenStack中的镜像管理（）A NovaB GlanceC NeutronD Cinder5. 计算服务部署在( )节点。
A 控制节点B 计算节点C 网络节点D 存储节点6．Nova中负责调度虚拟机挂载到哪个物理宿主机的服务( )。
A Nova-apiB nova-conductorC nova-computeD nova-sheduler7. 以下哪个服务不能直接访问数据库？（）A Nova-apiB nova-conductorC nova-computeD nova-sheduler8. 虚拟机的配置（CPU、内存、存储空间）在（）配置。
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OpenStack平台与Ceph统一存储的集成
作者：王建宇
来源：《中国管理信息化》2016年第04期
[摘要]在目前开源世界的存储项目中，不同的项目都有侧重点，然而，存储接口需求、扩展、运维和成本是企业级存储产品的四大关注点。
Ceph是一种支持对象存储、块存储、文件存储的独特统一的系统，具有高可用、易管理、免费等特点。
本文介绍了当下流行的Ceph分布式存储架构，描述了Ceph的基本结构每个组件的作用及如何创建和优化Ceph集群，并就Ceph作为OpenStack的后端存储、高效集成，及CRUSH算法进行了分析。
[关键词]OpenStack；Nova；Cinder；Ceph；RADOS
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.04.121
[中图分类号]TP333 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2016）04-0-01
1 OpenStack的后端存储
OpenStack是目前最流行的开源云平台技术，是云计算公司赖以实现IaaS服务形式的重要解决方案。
OpenStack所包含的组件相对较多，各个组件间存在依赖关系，如每个组件都会依赖Keystone，Nova还依赖于Glance、Neutron和Cinder；此外多个组件，如Neutron、Cinder 和Glance还存在多种存储后端。
2 Ceph的基本原理和架构
Ceph是一个开源、统一、分布式的存储系统，是一套适于大规模的、宏大的分布式存储解决方案，同时提供文件、块与对象服务的系统，适于大PB级别的应用。
Ceph的主要目标是设计成基于POSIX的没有单点故障的分布式文件系统，使数据能容错和无缝的复制。
（1）Ceph Client是Ceph文件系统的用户，透明地为用户提供访问接口。
Ceph客户端包括下面几项服务接口：
Block Devices：Ceph RADOS Block Device（RBD）服务提供可调整大小、thin-provisioned 并支持快照和克隆的块设备。
Object Storage：Ceph Object Storage服务提供了与亚马逊S3和openstack Swift兼容的RESTful API接口。
（2）元数据服务器MDS的工作就是缓存和同步分布式元数据，管理文件系统的名称空间。
虽然元数据和数据两者都存储在对象存储集群，但两者分别管理，支持可扩展性。
事实
上，元数据在一个元数据服务器集群上被进一步拆分，元数据服务器能够自适应地复制和分配名称空间，避免出现热点。
（3）OSD：将数据和元数据作为对象存储。
每一个disk、SSD或RAID group或其他一个物理存储设备都成为一个OSD，主要负责存储和查找对象，并且负责向该对象的复制节点分发和恢复。
OSD是访问文件系统并向其中写入数据的后台进程，它提供了通过集群网络访问文件系统的能力。
（4）Monitor：执行监视功能，维护集群的成员和状态，提供强一致性的决策。
但是故障管理的一些要素是在对象存储本身中执行的。
当对象存储设备发生故障或者新设备添加时，监视器就检测和维护一个有效的集群映射。
这个功能按一种分布的方式执行，这种方式中映射升级可以和当前的流量通信。
3 Ceph与Swift的比较
Ceph和Swift是开源分布式存储系统中的两个优秀代表，Swift最早起源于2008年，设计目标十分纯粹，就是一个优秀的、可以和Amazon S3相媲美的对象存储系统。
从技术上讲，Swift的特点主要体现在设计目标明确，就是要做一个纯粹的对象存储系统，因此不会考虑Ceph所强调的统一存储特性。
同时，为了便于和其他项目、应用集成，Swift选择了Python语言进行开发。
在实际使用中，毕竟还是需要进行方案选择，如果你只需要用块存储，那当然是Ceph，如果只需要用对象存储，那当然是Swift。
各自有擅长的地方，不过现在Ceph也支持对象存储，那么，即要用对象存储又要用块存储的场合，是用Swift还是Ceph呢？笔者一般是这样推荐的：
（1）如果节点数量很大，推荐用Ceph单独做块，用Swift做对象存储，因为在节点数量较大时，Ceph的维护成本比Swift要高，大多数场景实际应用的时候会发现，大部分数据都可以放到对象存储上。
（2）如果节点数量少，那就用Ceph统一搞定，因为一般认为生产环境中最小的分布式存储应当有5个节点，所以，如果节点数量少于10个或者刚到10个，那构建两个分布式存储显然是不理想的（考虑到空间划分问题）。
（3）如果团队里有技术高手能较好解决Ceph大规模部署问题，最好用Ceph。
4 OpenStack与Ceph的整合
对于一个IaaS系统，涉及存储的部分主要是块存储服务模块、对象存储服务模块、镜像管理模块和计算服务模块。
具体针对OpenStack而言，则分别对应为其中的Cinder、Swift、Glance和Nova等4个项目。
在计算服务部分，目前正在推动将Ceph FS作为Nova计算节点的本地文件系统。
使用CephFS作为OpenStack中的共享实例存储可以在OpenStack中使用Ceph块设备镜像，Ceph块设备镜像被当作集群对象。
还可以使用OpenStack Glance来存储镜像在Ceph块设备中。
OpenStack的Nova、Glance、Cinder之间没有数据传输，快速创建虚拟机，只需要管理一个统一存储。
5 结语
总体而言，Ceph是面向大型存储应用的，用以解决企业各种应用类型的复杂情况，需要专业的技术服务团队作技术支撑。
中小企业没有这么多数据要存储也没有足够的钱请专业技术服务团队运维，那么中小企业也可以使用NFS、ISCSI用于存储虚拟机镜像或作为虚拟机的附加卷来配合OpenStack使用。
主要参考文献
[1]李刚建.基于虚拟化技术的云计算平台架构研究[J].吉林建筑工程学院学报，2011（1）.
[2]闪四清.ERP系统原理和实施[M].第2版.北京：清华大学出
版社，2013.。