Ceph学习笔记（4）- OSD

前言

OSD是一个抽象的概念，对应一个本地块设备（一块盘或一个raid组）

传统NAS和SAN存储是赋予底层物理磁盘一些CPU、内存等，使其成为一个对象存储设备(OSD)，可以独立进行磁盘空间分配、I/O调度等以达到客户端I/O操作与系统调用之间解耦。

与传统对象存储相比：

• ceph的OSD可以精确控制、CPU、内存、网络带宽等资源
• 实例化对象，定义了一套完备的对象接口，客户端可以直接操作对象，基于对象开发存储型应用
• 可自主进行数据复制、数据恢复、数据迁移，快速进行故障切换和恢复
• OSD与客户端、OSD之间以点对点的方式传播集群表，避免广播方式在OSD数量较大时形成广播风暴

OSD依赖ObjectStore（本地对象存储引擎）来访问块设备上的数据

工作方式

集群

客户端与OSD通信之前要获取osdmap，因此OSD up时需要向monitor报告自身元数据等信息。之后osdmap在集群之间传播，逐渐恢复此OSD与client、其他OSD之间的通信。所有OSD会周期性的向Monitor上报自身信息。每个OSD上驻留一个monitorClient，负责与Monitor通信，有了monitorClient之后，OSD不需要与Monitor直连，因此如果Monitor故障也可以通过monitorClient来切换，而不需要OSD重连

网络

网络通信组件Messenger允许OSD采用TCP/IP、Infiniband等流行的网络通信协议与客户端和其他OSD通信。Ceph将RADOS集群的网络分为公共网络与集群网络，两个网段互不干扰，客户端通过Monitor获得osdmap，因此Monitor通信在公共网络。集群网络则用于OSD之间通信。

进行网络隔离一方面时因为公共网络传输量要远远小于集群网络，OSD需要将客户端写入的数据根据不同的备份策略复制到其他的OSD上，同时OSD恢复、自动数据均衡等都会增加网络负载。另一方面是客户端业务与集群通信的性质不同，避免两者进行干扰如OSD之间通信抢占带宽等。

每个IP地址绑定一个Messenger，但是Messenger可以维护多条链路，实现多个客户端同时访问一个OSD，或一个OSD同时与多个OSD通信。

Messenger类型如下图：

在业务压力不大的情况下公共网络可以使用千兆网络，但是存储内网最好使用万兆网络，否则集群性能会严重受损

OSDService

OSDService是OSD层面的服务，包括如下：

• 传播和发布osdmap
• 消息收发（与monitor、其他OSD）
• 提供全局的本地存储引擎ObjectStore,具体实现分为FileStore和BlueStore,BlueStore的性能要强于FileStore
• 透传OSD自身状态
• 针对PG的recovery、scurb等任务进行资源分配和调度

OSD中还有线程池、定时器等。线程池供任务分时间片使用。定时器用来处理OSD的一些周期性的任务，如心跳检测、scrub调度等

OSD故障检测

OSD故障后对外部展示的4种状态如下图：

up、down代表OSD临时故障或下电，不会发起数据恢复；in、out代表被踢出集群，集群发起数据恢复

所有类型的故障会记录再osdmap后报告到Monitor，然后扩散至集群，其他OSD收到消息后采取对应的措施。

Monitor通过一下三种方式检测OSD故障（下电）：

1. OSD自主上报状态，优雅下电
2. 通过心跳检测向Monitor报告失联的OSD，满足以下两个条件，OSD被标记为down：
   • OSD检测到伙伴OSD返回ECONNREFUSED错误，则设置Force/ Immediate标识，向Monitor上报
   • 候选OSD积累的有效票数达到阈值（默认2），投票采用少数服从多数的方式，并且来自某个最小故障域的主机所有OSD针对候选OSD的投票算1票
3. 每个OSD周期性（默认300秒）的向Monitor发送Beacon消息证明自己存活，如果Monitor一段时间（默认900秒）没收到OSD的Beacon，就标记OSD为down。OSDdown后超过600S，会被标记为out（Monitor通过 一个名为 mon_ osd_ down_ out_ subtree_ limit的配置项来限制自动数据迁移的粒度，例如设置为主机，则 当某个主机上的OSD全部宕掉时，这些OSD不再会被自动标记为Out，也就无法自动进行数据迁移，从而避免 数据迁移风暴）

OSD空间管理

OSD空间使用率对外展示如下图：

• Nearfull：默认为OSD设备裸容量的85%
• Backfillfull：数据恢复、自动均衡以backfill方式进行数据迁移，集群内部的活动，不受Full约束，因此引入Backfillfull
• Full：默认OSD设备裸容量95%
• Failsafefull：如果引擎使用FileStore，会使用本地文件系统接管磁盘，文件系统使用率超过一定门限时会变成只读，为防止灾难发生，引入Failsafefull

每个OSD向Monitor上报自身空间使用量，之后由Monitor计算集群使用量，存储池使用量，再统一展现出来

学习自：
《Ceph之RADOS设计原理与实现》 谢型果 严军
https://docs.ceph.com/docs/master/