地震觀測(cè)數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)的研究與應(yīng)用

李正　黎斌　董非非　查小惠　項(xiàng)月文

【摘 要】通過(guò)對(duì)ceph集群的三種接口的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，利用老舊的X86服務(wù)器，構(gòu)建基于ceph的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】ceph mds osd;文件系統(tǒng);對(duì)象存儲(chǔ)

中圖分類(lèi)號(hào)： TP333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）20-0107-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.050

0 引言

地震觀測(cè)數(shù)據(jù)具有數(shù)量大，連續(xù)性等特點(diǎn)，由于服務(wù)器存儲(chǔ)空間的限制，我局往往通過(guò)數(shù)據(jù)刻盤(pán)的形式進(jìn)行離線(xiàn)數(shù)據(jù)備份。但是數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究和共享往往需要連續(xù)的在線(xiàn)數(shù)據(jù)波形，這就對(duì)我局的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提出了更高的要求。

傳統(tǒng)存儲(chǔ)能解決數(shù)據(jù)連續(xù)在線(xiàn)的問(wèn)題，但是也存在一些弊端。首先是傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備采購(gòu)和維護(hù)成本高，其次是傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備硬盤(pán)擴(kuò)展到一定數(shù)量后，硬盤(pán)的讀寫(xiě)效率會(huì)降低，影響用戶(hù)體驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)有在硬件資源，經(jīng)過(guò)比選后，作者對(duì)目前應(yīng)用比較廣泛的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)Ceph進(jìn)行研究，用于存儲(chǔ)地震觀測(cè)數(shù)據(jù)，以達(dá)到海量數(shù)據(jù)在線(xiàn)存儲(chǔ)，高可用性、高并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)的目的。

1 Ceph系統(tǒng)分析

圖1 Ceph文件系統(tǒng)架構(gòu)圖

Ceph是一個(gè)可靠地、自動(dòng)重均衡、自動(dòng)恢復(fù)的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，根據(jù)場(chǎng)景劃分可以將Ceph分為三大塊，分別是對(duì)象存儲(chǔ)、塊設(shè)備存儲(chǔ)和文件系統(tǒng)服務(wù)，本次主要研究文件系統(tǒng)服務(wù)。Ceph相比其它存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)點(diǎn)在于它不單單是存儲(chǔ)，同時(shí)還充分利用了存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上的計(jì)算能力，在存儲(chǔ)每一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，都會(huì)通過(guò)計(jì)算得出該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的位置，盡量將數(shù)據(jù)分布均衡，同時(shí)由于Ceph的良好設(shè)計(jì)，采用了CRUSH算法、HASH環(huán)等方法，使得它不存在傳統(tǒng)的單點(diǎn)故障的問(wèn)題，且隨著規(guī)模的擴(kuò)大性能并不會(huì)受到影響。

一套ceph集群通常由諾干個(gè)守護(hù)進(jìn)程（Ceph Object Storage Device、OSD）、至少1個(gè)元數(shù)據(jù)服務(wù)器（Ceph Metadata Server、MDS）和一組監(jiān)控組件（Monitor）組成，每個(gè)OSD就是一個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，能夠支持上千個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的規(guī)模，達(dá)到PB級(jí)的數(shù)據(jù)容量。

2 研究思路

江西省地震局近期完成了技術(shù)系統(tǒng)和核心機(jī)房的升級(jí)改造，將大部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)遷移到了私有云平臺(tái)，有大部分老舊的物理服務(wù)器閑置，挑選幾臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行磁盤(pán)擴(kuò)容，就可以搭建模擬環(huán)境進(jìn)行部署。在客戶(hù)端上部署最新的版地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)jppens程序），通過(guò)對(duì)jopens程序的修改，將連續(xù)的波形文件存儲(chǔ)到分布式存儲(chǔ)空間，用戶(hù)可以通過(guò)其他客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)分布式存儲(chǔ)空間，直接調(diào)用這部分連續(xù)的波形文件。當(dāng)服務(wù)器發(fā)生故障，需要重裝系統(tǒng)時(shí)，也不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

測(cè)試環(huán)境準(zhǔn)備了5臺(tái)服務(wù)器，一臺(tái)用于部署mon和mds等，1臺(tái)作為客戶(hù)端，3臺(tái)作為osd節(jié)點(diǎn)，詳情如表1。

為了集群更加穩(wěn)定，建議用源碼進(jìn)行編譯安裝。源碼下載地址為http：//download.ceph.com/tarballs/ceph_x.x.x.orig.tar.gz （x.x.x為版本號(hào)，建議下載最新版）。

（1）統(tǒng)一各服務(wù)器hosts文件，并運(yùn)行服務(wù)器之間SSH免密碼登錄，hosts文件。

（2）將源碼包上傳到服務(wù)器后進(jìn)行編譯安裝，主要步驟如下。

（3）根據(jù)配置架構(gòu)圖進(jìn)行配置

配置的一個(gè)繁雜的過(guò)程，需要修改很多文件并初始化。編輯/etc/ceph/ceph.conf把，fsid、初始監(jiān)視器主機(jī)名、初始監(jiān)視器IP等信息加入到ceph主配置文件。

為集群創(chuàng)建密鑰環(huán)、并生成監(jiān)視器密鑰，生成管理員密鑰環(huán)，生成 client.admin 用戶(hù)并加入密鑰環(huán)ceph.client.admin.keyring。

初始化磁盤(pán)、準(zhǔn)備并 激活OSD，將用于分布式集群存儲(chǔ)的磁盤(pán)掛載到服務(wù)器。

（4）創(chuàng)建資源池并啟動(dòng)集群

配置完成后可以根據(jù)創(chuàng)建存儲(chǔ)資源池，一個(gè)ceph文件系統(tǒng)需要至少2個(gè)RADOS存儲(chǔ)資源池，一個(gè)用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，一個(gè)用于存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)。完成創(chuàng)建后在管理節(jié)點(diǎn)上啟動(dòng)服務(wù)，會(huì)自動(dòng)將配置文件同步到其他節(jié)點(diǎn)，并后臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的操作。

（5）常見(jiàn)的管理命令及掛載方式

ceph集群自帶了強(qiáng)大的狀態(tài)監(jiān)控服務(wù)，通過(guò)命令可以查看集群的各種狀態(tài)信息。常用的命令有：

為了數(shù)據(jù)傳輸安全，系統(tǒng)在編譯安裝時(shí)啟用了cephx認(rèn)證，所有在掛載時(shí)需要加上用戶(hù)名和密鑰，建議通過(guò)修改/etc/fstab方式進(jìn)行內(nèi)核驅(qū)動(dòng)掛載。

（6）jopens程序的修改及部署

新版本的jopens程序是將實(shí)時(shí)波形以文件的形式存儲(chǔ)到磁盤(pán)空間，在掛載了ceph集群數(shù)據(jù)資源池的服務(wù)器上部署jopens程序并進(jìn)行修改，可以將實(shí)時(shí)波形存儲(chǔ)到掛載目錄。由于實(shí)時(shí)波形文件不同分量、不同時(shí)間段分開(kāi)存放，會(huì)產(chǎn)生大量的小文件，而ceph適合用于海量小文件的存儲(chǔ)。

4 結(jié)果與討論

初步實(shí)現(xiàn)了地震觀測(cè)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)，但是由于受條件限制，暫時(shí)未能在生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行測(cè)試。系統(tǒng)除了需要進(jìn)行功能測(cè)試外，還需要進(jìn)行壓力測(cè)試。

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