K8S 存储的那点事儿：3 种 Ceph RBD 灾备方案对比

技术文档

作者： 李航（滴滴基础平台技术专家）

编辑： 小君君（才云）

Ceph RBD 是 Ceph 的 RADOS 块设备。RBD 块存储是最稳定且最常用的存储类型，它类似磁盘可以被挂载。RBD 块设备具有快照、多副本、克隆和一致性等特点，数据以条带化的方式存储在 Ceph 集群的多个 OSD 中。本文的作者是滴滴基础平台技术专家李航，在这篇文章中，他将对 3 种 Ceph RBD 灾备方案展开介绍，并从它们的实现原理、操作命令、性能优缺等方面进行全面分析，为大家在生产中选择最佳灾备方案提供建议。

通过本文你将了解到：

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业内灾备方案

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Snapshot

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Ceph BackUp

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RBD Mirroring

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方案对比

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总结

业内灾备方案

1. Snapshot

1.1 介绍

Cluster A&B 是独立的 Ceph 集群，通过 RBD 的 Snapshot 机制，在 Cluster A 端，针对 image 定期通过 RBD 创建 image 的 snap，然后通过 rbd export-diff 、 rbd import-diff 命令将 image 备份到 Cluster B 中。

1.2 原理

异步备份，基于 RBD 的 snapshot 机制。

1.3 命令和步骤

把 Cluster A 的 pool rbd 下面的 image testimage 异步备份到 Cluster B 的 pool rbd 下相同的 image 上：

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在 Cluster A/B 上创建 rbd/testimage；

rbd create -p rbd –size 10240 testimage

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在准备备份 image 前，暂停 Cluster A 端对 testimage 的 IO 操作，然后创建一个 Snapshot；

rbd snap create

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导出 Cluster A 端的 testimage 数据，不指定 from-snap；

rbd export-diff

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copy 上一步中导出的文件到 Cluster B 中，并导入数据到 testimage 中。

rbd import-diff

后续需要周期性地暂停 Cluster A 端的 testimage 的 IO，然后创建 snapshot，通过 rbd export-diff[–from-snap] 命令导出 incremental diff。

工程师们可以将差异数据文件 copy 到 Cluster B 上，然后通过命令 rbd import-diff 导入。通过该操作，在 rbd export-diff 时，就可以使导出的数据在  take snapshot  之后出现。

1.4 优缺点

优点：

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当前 Ceph 版本就支持 RBD Snapshot 的功能；

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命令简介方便，通过定制执行脚本就能实现 RBD 块设备的跨区备份。

缺点：

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每次同步前都需要在源端 take Snapshot；

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持续的 Snapshots 可能导致 image 的读写性能下降；

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还要考虑后续删除不用的 Snapshots；

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Snapshot 只能保证 IO 的一致性，并不能保证使用 RBD 块设备的系统一致性。

注：Snapshot 可以在每次操作时，暂停 image 的 IO，但是它需要利用 sync IO 数据来保证 RBD 块设备上的系统一致性，同时需要虚拟机支持 qemu-guest-agent。

1.5 参考文献

https://ceph.com/dev-notes/incremental-snapshots-with-rbd/

https://www.rapide.nl/blog/item/ceph_-_rbd_replication.html

http://wiki.libvirt.org/page/Qemu_guest_agent

http://www.zphj1987.com/2016/06/22/rbd

http://ju.outofmemory.cn/entry/243899

2. Ceph BackUp

2.1 介绍

Teralytics 是一家国外的大数据公司，Ceph BackUp 是他们开源的 Ceph 备份工具。 这个软件基于 Python 实现，可以说作者的实现逻辑是很清晰的，并且提供了配置文件的方式，且容易上手（也可以集成到自己的平台中去） 。

软件包含以下功能：

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支持存储池和多 image 的只对；

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支持自定义备份目标路径；

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配置文件支持；

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支持备份窗口设置；

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支持压缩选项 ；

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支持增量和全量备份的配置。

2.2 原理

异步备份，基于 RBD 的 Snapshot 机制。

2.3 命令和步骤

2.3.1 全量备份配置

上面的配置文件已写好，直接执行备份命令：

cephbackup
Starting backup for pool rbd Full ceph backup Images to backup:
 rbd/zp Backup folder: /tmp/
Compression: True Check mode: False Taking full backup of images: zp
rbd image 'zp': size 40960 MB in 10240 objects order 22 (4096 kB objects)
 block_name_prefix: rbd_data.25496b8b4567 format: 2 features: layering
 flags: 
Exporting image zp to /tmp/rbd/zp/zp_UTC20170119T092933.full Compress mode activated
# rbd export rbd/zp /tmp/rbd/zp/zp_UTC20170119T092933.full
Exporting image: 100% complete...done.
# tar Scvfz /tmp/rbd/zp/zp_UTC20170119T092933.full.tar.gz /tmp/rbd/zp/zp_UTC20170119T092933.full
tar: Removing leading `/' from member names

如果压缩的比较松散，且文件较为稀疏，那么用户就需要等待很长时间；如果文件压缩的效果很好，那么 dd 生成的文件就可以压缩的很小。

检查备份生成的文件：

ll /tmp/rbd/zp/zp_UTC20170119T092933.full*
-rw-r--r-- 1 root root 42949672960 Jan 19 17:29 /tmp/rbd/zp/zp_UTC20170119T092933.full
-rw-r--r-- 1 root root 0 Jan 19 17:29 /tmp/rbd/zp/zp_UTC20170119T092933.full.tar.gz

2.3.2 全量备份的还原

rbd import /tmp/rbd/zp/zp_UTC20170119T092933.full zpbk

检查数据，没有问题！

2.3.3 增量备份配置

写下增量配置的文件，修改备份模式选项：

[rbd]
window size = 7
window unit = day
destination directory = /tmp/
images = zp
compress = yes
ceph config = /etc/ceph/ceph.conf backup mode = incremental check mode = no

进行多次增量备份后，显示如下：

[root@lab8106 ~]#ll /tmp/rbd/zpbk/ total 146452 

-rw-r--r-- 1 root root 42949672960 Jan 19 18:04 zpbk@UTC20170119T100339.full 

-rw-r--r-- 1 root root 66150 Jan 19 18:05 zpbk@UTC20170119T100546.diff_from_UTC20170119T100339 

-rw-r--r-- 1 root root 68 Jan 19 18:05 zpbk@UTC20170119T100550.diff_from_UTC20170119T100546 

-rw-r--r-- 1 root root 68 Jan 19 18:06 zpbk@UTC20170119T100606.diff_from_UTC20170119T100550 

-rw-r--r-- 1 root root 68 Jan 19 18:06 zpbk@UTC20170119T100638.diff_from_UTC20170119T100606

2.3.4 增量备份的还原

分成多个步骤进行：

1、进行全量的恢复 

# rbd import config@UTC20161130T170848.full dest_image 

2、重新创建基础快照 

# rbd snap create dest_image@UTC20161130T170848 

3、还原增量的快照(多次执行) 

# rbd import-diff config@UTC20161130T170929.diff_from_UTC20161130T170848 dest_image

本测试用例还原步骤如下：

rbd import zpbk@UTC20170119T100339.full zpnew
rbd snap create zpnew@UTC20170119T100339
rbd import-diff zpbk@UTC20170119T100546.diff_from_UTC20170119T100339 zpnew
rbd import-diff zpbk@UTC20170119T100550.diff_from_UTC20170119T100546 zpnew
rbd import-diff zpbk@UTC20170119T100606.diff_from_UTC20170119T100550 zpnew
rbd import-diff zpbk@UTC20170119T100638.diff_from_UTC20170119T100606 zpnew

检查数据，没有问题！

3. RBD Mirroring

3.1 介绍

Ceph 新的 RBD-Mirror 功能支持配置两个 Ceph Cluster 之间的 RBD 同步。

3.2 原理

利用 Journal 日志进行异步备份，Ceph 自带  RBD-Mirror 功能 。

3.3 命令和步骤

详见：RBD-Mirror[1]

3.4 优缺点

优点：

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Ceph 新的功能，不需要额外开发；

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同步的粒度比较小，为一个块设备的 transaction；

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保证了 Crash consistency；

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可配置 pool 的备份，也可单独指定 image 备份。

缺点：

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需要在线升级 Ceph 到 Jewel v10.2.2 以上；

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Image Journal 日志性能影响较为严重。

方案对比

结合业内各大公司的灾备方案，以及社区相关的技术文档。 个人建议用快照的方式， 简单、便捷、风险较低、易实现。 并且国内云厂商也普遍利用快照的方式实现灾备方案，而后加上自己的策略进行包装。 RBD-Mirror 功能还是比较新，虽然官方文档也对一些措施进行了优化，但是效果不佳，期待他们下个版本的优化结果。

作者简介：

李航，滴滴基础平台技术专家，主要负责分布式 Ceph 系统，具有多年底层开发经验，先后在 58 同城、汽车之家、优酷土豆集团工作。在高性能 Nginx 开发和分布式缓存 redis cluster 有着丰富的经验。个人主要关注的技术领域：高性能 Nginx 开发、分布式缓存、分布式存储。

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参考文献：

1.https: //www.jianshu.com/p/24e1412273ad? utm_campaign=haruki&utm_content=note&utm_medium=reader_share&utm_source=weixin

2.https: //ceph.com/dev-notes/incremental-snapshots-with-rbd/

3.https: //www.rapide.nl/blog/item/ceph_-_rbd_replication.html

4.http: //wiki.libvirt.org/page/Qemu_guest_agent

5.http: //www.zphj1987.com/2016/06/22/rbd

6.http: //ju.outofmemory.cn/entry/243899