Ceph-MGR 集群管理工作原理解析

Ceph MGR 作为 Ceph 12.2 主推的功能之一，是负责 Ceph 集群管理的组件。本文深入介绍 Ceph-MGR 的工作原理，目的是提供一个思维框架，在该组件出现问题或是有新的需求时，读者有能力修改源码对其进行改进。

背景

监控是管理的第一步，所以 Ceph-MGR 目前的主要功能是把集群的一些指标暴露给外界使用。

监控是什么东西呢？举个例子，例如用户访问网站 5xx 了，那么监控就是这么一个系统：采集网站 5xx 的个数，存起来，然后在 5xx 多的时候通过报警短信报给开发，然后为开发解决该问题提供其他信息（例如日志，指标图表）。关于监控，在此之前 Ceph 以及社区有不少尝试。

Calamari

Calamari 是 Ceph 背后的公司 Inktank 为 Ceph 企业版开发的监控管理程序，在 Red Hat 收购该公司后开源，目前基本处于停滞状态。其基本原理是利用 Salt 远程执行 Python 脚本，该脚本通过 Ceph 每个守护进程暴露在本地的 Admin Socket 采集到数据或者执行命令。其主要包含几部分：

• 采集：
  • Ceph 数据：Salt + Python 脚本
  • 主机数据：Diamond
• 存储：自带了一个 Graphite
• 分析：没有
• 可视化：专门定制了一个前端

评价：

• 涉及技术多，杂合在一起，认知和维护负担大。其涉及的技术包括但不限于：Vagrant、Salt、Django、Graphite、Node、Diamond 。
• 就安装过程来说，我花了两天左右，然后成功发现其所有涉及仓库的 master 版本无法一起跑起来。首先，GitHub Release 只有 Ubuntu 的包，还是 15 年 10 月上传的，我们系统是 CentOS，因此我只能照着 这个教程 从源码编译打包安装。
• 安装过程中 Salt 安装包时包文件冲突，RPM build 时找不到文件。它的前端 Romana 从 Release 下载后放到对应目录，发现有些前端文件找不到，必须去改它 Django 的 view，Django 没学过，改时不太有底，终于让前端页面显示之后，发现前端请求的一个 API 后端没有实现。

项目已停滞，开发资源转向 Ceph-MGR。从 该项目 GitHub Insights 可以看出 2017 年后 commit 较少，commit 较多的人有两个，排第一的 JCSP 目前主要在开发 Ceph-MGR。

Cephmetrics

Cephmetrics 基本原理是基于 Collectd 插件，从 Admin Socket 中采数据发往 Graphite，用 Grafana 做图。

评价：

• 项目划分比 Calamari 清晰，各组件都用了业界主流解法。Collectd （采集）+ Graphite（存储和计算） + Grafana（可视化），比较看好这种解法。
• Collectd 插件是部署到每台机器上的，解决了采集的负载均衡问题，但插件的部署、升级、管理相对麻烦，并且可能影响目标主机，问题不是太大，可以采纳。
• Dashboard 不大好，冗余代码多。其提供的 Dashboard 中选择的数据，以及数据的摆放，Dashboard 之间的关联考虑的不是太好，例如没有把相关数据放到一起，没有根据一个目的在做图表，有堆砌数据的感觉。冗余代码是指包含了 Ansible 部署代码，Collectd 关于 CPU 等系统数据的采集的配置等与 Ceph 本身无关的代码，增加了认知负担。

Ceph_Exporter

Ceph_Exporter 基本原理是利用 Librados，从 Ceph Monitor 中取数据，通过 http 协议把指标以 Prometheus 规定的格式暴露出来。

评价：

• 是个纯采集组件，只需部署一处，和 Ceph Monitor 通信，模式简单易理解，非常看好。
• 一个缺点是 Prometheus 系统本身具有的。其插件是通过 exporter 的形式分散到各个仓库里，分别部署，那么多 exporter，每个都是独立的进程，怎么管理它们是个大问题。管理就包括部署，监控，升级，配置管理，启动和停止，每一个都是问题。相比之下，Collectd 做为一个采集框架，为所有插件的实现提供了共有基础功能，使得插件的实现变得非常简单：
  • 为插件提供了运行环境。插件只需提供 read （input 插件），write（output 插件），无需启动进程，无需处理信号。
  • 为插件提供了配置系统。插件无需担心如何如何配置自己，用户只要在 Collectd 配置文件中按统一格式传入，插件就可以以统一的方式拿到。
  • 为插件提供了 Log 机制。插件可以使用 Collectd 的日志机制，从而无需担心如何支持 level，输出到不同地方等。
  • 为插件提供了数据通道。插件之间的数据是打通的，插件无需关心输出到哪，是 Graphite，Influxdb，还是 Opentsdb。只需实现 read 回调来采集数据，然后配置不同的 output 插件，就能实现输出到不同地方。

Ceph-MGR

在以上背景下，Ceph 官方开发了 Ceph-MGR，主要目标实现 Ceph 集群的管理，为外界提供统一的入口。要深入了解 Ceph-MGR，就得了解 Ceph-MGR 是如何跑起来的。

由 官方文档 可知，Ceph-MGR 是通过可执行文件 Ceph-MGR 跑起来的，在源码 src/CMakeLists.txt 搜索 Ceph-MGR 可以搜到 add_executable(ceph-mgr ${mgr_srcs}...，从中可以看出 Ceph-MGR 主要由 src/mgr 里的文件编译出来（猜也猜的出来），main 函数在 src/ceph_mgr.cc。以上就是相关文件，有需要深入的人可以去读，这里介绍整理之后的 Ceph-MGR 工作原理。

Ceph-MGR 工作的模式是事件驱动型的，意思就是等待事件，事件来了则处理事件返回结果，又继续等待。其主要运行的线程包括：

• Messenger 线程。这是事件驱动主线程，监听某一端口，由外界给输入事件，messenger 收到事件后分派给各个处理者。通过向 monitor 订阅某一个 topic 的消息，例如 mgrmap, osdmap，monitor 会在这些数据发生变化时把事件通知到 messenger 监听的端口。事件处理器包括：
  • MgrStandby。Mgr 通过 standby 实现高可用，每一个运行的 Ceph-MGR 都包含一个 MgrStandby，MgrStandby 并没有运行的线程，它存在于 messenger 收到消息时的回调，以及通过定时器线程运行的定时任务，并且管理着其他实体。其处理的唯一消息是 mgrmap，就是当主挂掉时要顶上来，当自己不是主时要退回去。什么时候切主由 monitor 管理，所以 MgrStandby 里切主逻辑比较简单，有一个 Mgr 实例，当收到 mgrmap 时生成该实例，存到 MgrStandby 属性里，就完了。因为在收到消息时，MgrStandby 如果看到有 Mgr 实例，就会把消息发到它那处理，在定时函数里，也会调用 Mgr 的定时函数，这样，实际上，MgrStandby 就担起了主的任务。
  • Mgr。如上段所述，Mgr 依附于 MgrStandby 存在，也没有单独线程。它通过处理 mon_map，fs_map，osd_map等事件，在内存中维护了集群成员信息，它管理 Ceph-MGR 插件，为插件提供了所有数据的来源，也在特定事件发生时通知给 Ceph-MGR 的插件，例如插件的 notify 函数，就是被 Mgr 回调的。
  • DaemonServer。独立线程，和主 messenger 监听同一端口(待确认)。是 cluster 指标数据的主要维护者，并且负载执行对集群的操作，例如吩咐 OSD 进行 pg scrub等。

• Plugin 线程。Plugin 是 Python 写的，每个 Plugin 都跑在单独线程里，线程调用的函数是 Python 类的 serve。Plugin 可以在 serve 里跑个 http server 来提供对外服务，Ceph-MGR 为 Plugin 提供了 get，get_server 等函数，这些函数返回关于集群的指标等数据。例如 Prometheus 插件，就把 ceph 内部指标通过 http 协议以 prometheus 格式暴露出来，使得监控 Ceph 集群变得较为简单。Ceph 是 C++ 写的，Ceph 会调用 Python Plugin 定义的方法（例如 serve），Python Plugin 可以调用 C++ 定义的函数（例如 get)，Python/C++ 的互调是 Python 提供的机制，其基本原理是：
  • C++ 调 Python。Python 的实体在 C++ 里类型都是 PyObject，模块，函数、类、数据都是。CPython 提供了 PyImport_Import 用于通过名字得到 m 模块对象对应的 PyObject，类可以通过 PyObject_GetAttrString 取模块的属性得到，以此类推，CPython 还提供了由 c 类型的值生成对应 Python 类型的值的 PyObject 的方法，例如 PyObject* PyString_FromString(char *)。有函数对象，有参数对象，就可以通过 PyObject * PyObject_CallObject() 调用函数，将得到的 PyObject* 再转回 C++ 类型就 OK 了。
  • Python 调用 C++。在 C++ 里定义 PyObject* ceph_state_get(PyObject *self, PyObject *args)，在函数里里面通过 PyArg_ParseTuple(args, "ss:ceph_state_get", &handle, &what) 把参数解析为 C++ 类型，就实现了一个 Python 函数。通过 PyMethodDef CephStateMethods[] = {{"get", ceph_state_get, METH_VARARGS,"Get a cluster object"}} 把 Python 函数加入到一个注册表里。通过 Py_InitModule("ceph_state", CephStateMethods)，将注册表里的函数定义为 ceph_state 模块的属性，并把该模块注入到 python sys.path 里，Python 就可以通过 ceph_state.ceph_state_get 调用该函数了。

本文作者：李逸超

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