PVE9 超融合基础设施 - 3.PVE 配置分布式共享存储Ceph

发表于2026-08-24|更新于2026-08-30|PVE

|总字数:3.1k|阅读时长:11分钟|浏览量:

Ceph 简介

一、Ceph 核心组件在 PVE 中的角色

组件	作用	在 PVE 中的体现
MON	维护集群状态与一致性	PVE 节点可安装 MON，通常部署 3 个以上，保证仲裁；在 Web 界面可查看集群健康
OSD	存储对象数据并处理读写	每块硬盘对应一个 OSD；在 PVE 中通过 `pveceph osd create` 或 Web 向导添加
MGR	提供监控与扩展模块	PVE 默认安装 MGR，支持 Prometheus/Grafana 集成，Web 界面有 Dashboard
MDS	管理 CephFS 元数据	在 PVE 中可选安装，用于提供共享文件系统（CephFS）
RGW	提供对象存储接口 (S3/Swift)	可在 PVE 节点上部署，提供对象存储服务
RADOS	底层分布式对象存储	PVE 的 VM 磁盘、容器卷最终都映射到 RADOS 对象
CRUSH	数据放置算法	PVE 中可通过 Web 界面或命令行修改 CRUSH Map，定义机架/节点分层策略
RBD	块设备接口	PVE 的虚拟机磁盘直接使用 RBD，支持快照、克隆
CephFS	POSIX 文件系统接口	在 PVE 中可作为共享存储挂载，适合 ISO/模板存放

二、工作原理（结合 PVE）

数据写入流程
- VM 在 PVE 上写入磁盘 → 数据通过 RBD 客户端进入 Ceph → 被切分为对象 → 映射到 PG → PG 映射到 OSD → OSD 按 CRUSH 算法决定存放位置。
一致性与冗余
- PVE 配置存储池时可选择副本数或纠删码。
- MON 保证集群状态一致性，OSD 之间自动复制。
扩展性
- 在 PVE 中添加新节点 → 安装 Ceph → 创建 OSD → 自动加入集群。
- CRUSH 算法保证数据自动分布，无需集中目录。

三、PVE 部署要点

MON 节点：至少 3 个，推荐分布在不同物理机。
OSD 数量：直接决定容量与性能，建议 NVMe 作为 WAL/DB。
PG 数量：PVE Web 界面可自动计算推荐值。
存储池：在 PVE 中通过 “数据中心 → 存储 → 添加 → RBD” 配置。
监控：MGR + Prometheus + Grafana，可在 PVE Web 界面集成。
NTP：统一NTP服务器，保持时间一致性。

四、典型应用场景

虚拟机磁盘：通过 RBD 提供高性能块存储。
容器存储：LXC 容器卷直接使用 RBD。
共享文件系统：CephFS 用于 ISO、模板、备份。
对象存储：RGW 提供 S3 接口，适合备份或应用集成。

PVE系列文章：https://songxwn.com/categories/PVE/

                ┌───────────────────────────────┐
                │         PVE 集群管理层          │
                │  - Web GUI / API              │
                │  - 集群配置、调度、监控          │
                └─────────────┬─────────────────┘
                              │
        ┌─────────────────────┼─────────────────────┐
        │                     │                     │
┌───────▼───────┐     ┌───────▼───────┐     ┌───────▼───────┐
│   PVE 节点 A  │      │   PVE 节点 B  │      │   PVE 节点 C  │
│               │     │               │     │               │
│  MON + MGR    │     │  MON + MGR    │     │  MON + MGR    │
│  OSD (磁盘组) │      │  OSD (磁盘组) │      │  OSD (磁盘组) │
│  VM/CT 宿主机 │      │  VM/CT 宿主机 │      │  VM/CT 宿主机 │
└───────▲───────┘     └───────▲───────┘     └───────▲───────┘
        │                     │                     │
        └─────────────┬───────┴─────────────┬───────┘
                      │                     │
              ┌───────▼─────────────────────▼───────┐
              │            Ceph 存储层               │
              │  - RADOS 对象存储                    │
              │  - CRUSH 算法分布                    │
              │  - Pool / PG 管理                    │
              └───────┬─────────────────────────────┘
                      │
        ┌─────────────┼─────────────────────────────┐
        │             │                             │
┌───────▼───────┐ ┌───▼───────────┐         ┌───────▼───────┐
│     RBD       │ │    CephFS     │         │     RGW       │
│ (块存储接口)   │  │ (共享文件系统)│           │ (对象存储S3)  │
│ VM/CT 磁盘     │  │ ISO/模板/备份 │         │ 备份/应用集成  │
└───────────────┘ └───────────────┘         └───────────────┘

集群安装Ceph软件

确保Apt已经都配置好可用
确保至少有三个以上的节点
确保有空闲硬盘可用（直通/no-RAID模式）

第一台PVE安装Ceph软件包 + 集群Ceph初始化

选择安装版本（集群要统一版本），选择软件源为无订阅

输入Y，并回车开始安装。

安装完成，点击下一步

配置集群网络

安装完成

在每个节点都安装Ceph软件

创建OSD

去单个节点 - Ceph - OSD - 创建：OSD ，选择裸硬盘

三台节点都创建好OSD

PS：安装完成后会自动有CephRDB，作为块存储，只能存储虚拟机硬盘文件和容器文件。

手动创建RDB

在资源池创建RDB Pool，勾选添加存储，会自动挂载到集群，让所有节点可用。

参数	含义
名称 (Name)	池的标识名称，用于在 Ceph 集群中引用该池。
大小 (Size)	每个对象的副本数（replication size），例如 `3` 表示每个对象有 3 份副本。
最小副本数 (Min. replicas / min_size)	在允许写入前必须可用的最小副本数；低于此值会阻止写操作以保证一致性。
Crush Rule	指定 CRUSH 规则（placement rule），决定副本如何在 OSD/主机/机架间分布。
# of PGs (Placement Groups)	池的 PG 数量，影响数据分布与性能；PG 数量与 OSD 数量应合理匹配。
PG 自动缩放模式 (PG autoscale)	是否允许 Ceph 自动调整 PG 数量（on/off/warn 等模式）。
添加存储 (Add Storage)	代表自动添加到集群存储。
目标比率 (Target Ratio)	与自动扩容或配额相关的目标占用比率（界面/实现可能用于自动调整容量）。
目标大小 (Target Size)	目标容量大小（例如 GiB），用于容量规划或自动调整策略。
目标比率优先 (Target Ratio Priority)	在自动调整时优先考虑按比率还是按绝对大小进行调整的策略标记。
Min. # of PGs	自动缩放时允许的最小 PG 数量下限，防止缩得过小影响性能或数据分布。

创建Monitors（MON） + Managers (MGR)

单个集群最好有三台以上的MON和MGR用于保持集群冗余性

MDS 和 CephFS

必须创建MDS角色才能使用CephFS，也建议默认三个以上保持冗余性。
CephFS是文件类型的存储，用于存储ISO镜像、虚拟机备份、容器模板等

Ceph PG规划计算器

来自45Drives - https://www.45drives.com/ceph/placement-groups/

虚拟机硬盘镜像对象 - PG - OSD

ceph osd map ceph-pool vm-300-disk-0

osdmap e1089 pool 'ceph-pool' (2) object 'vm-300-disk-0' -> pg 2.9ff36b01 (2.1) -> up ([0,2,1], p0) acting ([0,2,1], p0

# 使用命令在任意集群内节点执行查看硬盘对象的存放情况

对象 vm-300-disk-0
        │
        ▼
PG 2.1
        │
        ▼
OSD 集合: [0, 2, 1]
   ├─ Primary: OSD 0
   ├─ Replica: OSD 2
   └─ Replica: OSD 1

对象 → PG：对象名经过哈希函数，落到某个 PG（这里是 pool 2 的 PG 1）。
PG → OSD：PG 再通过 CRUSH 算法映射到一组 OSD，保证分布均衡。
Primary OSD：负责处理客户端请求（读写入口）。
Replica OSD：负责存储副本，保证冗余与高可用。

PS：Ceph默认使用三副本冗余数据，就是将一份数据存放到不同的OSD/节点。

创建FastEC Ceph Pool - 只能在shell下创建

在 Ceph v20 引入的 Fast-EC (Fast Erasure Coding)，本质上是对 EC 池 I/O 路径的优化，解决了传统 EC 在小块随机读写场景下的性能瓶颈。默认Ceph 池使用三副本模式，空间利用率低。

Fast-EC 的核心改进

部分读 (Partial Read)
传统 EC 必须读完整条带 (stripe)，Fast-EC 允许只读所需部分，减少读放大。
部分写 (Partial Write)
过去写入需要完整读-改-写循环，Fast-EC 支持直接写条带的一部分，降低延迟。
性能提升
在 RBD、CephFS 小块随机 I/O 场景下，性能提升可达 2–3 倍。RGW 小对象场景也有改善。
插件优化
默认 EC 插件由 Jerasure 切换为 Intel ISA-L，利用 CPU 指令集加速编码解码。

启用条件

集群版本 ≥ Tentacle (v20)。
Pool 必须为 EC 类型。
EC Profile 使用支持的插件组合：
- isa + reed_sol_van ✅
- jerasure + reed_sol_van ✅
条带单元 (stripe unit) 必须是 4096 字节的倍数，推荐 16K。

配置步骤

创建 EC Profile

1	ceph osd erasure-code-profile set fast-ec isa k=4 m=2 crush-failure-domain=host stripe_unit=16K

K为数据分配数量，M为校验数据数量

创建 Pool

1	ceph osd pool create fast-ec-pool 64 64 erasure fast-ec

启用优化

1 2	ceph osd pool set fast-ec-pool allow_ec_overwrites true ceph osd pool set fast-ec-pool allow_ec_optimizations true

使用场景

RBD 虚拟机磁盘：高性能块存储，适合 VM。
CephFS 文件系统：共享存储，支持小文件高并发。
RGW 小对象：适合 Iceberg manifest、Parquet footer 等。

风险与限制

新特性：Tentacle 才引入，生产环境验证有限。
不可逆开关：启用 allow_ec_optimizations 后无法回退。
条带差异：Fast-EC 默认条带单元为 16 KiB，旧池为 4 KiB，可能影响性能调优。

OSD DB/WAL 组合

在 Ceph 的 OSD 设计里，HDD、SSD、NVMe SSD 的组合方式直接决定了性能、成本和可靠性。在 PVE 部署中常见几种模式：

一、单介质模式

HDD OSD
- 优点：容量大、成本低
- 缺点：IOPS 低、延迟高
- 场景：归档、冷数据池
SSD OSD
- 优点：读写快、适合高并发
- 缺点：容量小、寿命有限
- 场景：热数据池、数据库卷
NVMe OSD
- 优点：极低延迟、高 IOPS
- 缺点：成本高
- 场景：核心业务 VM 磁盘、CephFS 元数据池

二、混合介质模式

HDD + SSD
- HDD 存放主数据块
- SSD 作为 DB/WAL，提升元数据与日志性能
- 常见配置：ceph-volume lvm create --data /dev/sdb --block.db /dev/nvme0n1

PS：在PVE Web创建OSD的适合也可以选择DB/WAL设备，若没WAL设备会自动使用DB > 若没DB，则自动使用OSD。所以一般DB选择闪存硬盘就行，WAL会自动使用DB设备。

HDD + NVMe
- HDD 提供容量
- NVMe 作为 DB/WAL，延迟更低
- 适合大规模集群，兼顾容量与性能
SSD + NVMe
- SSD 作为数据盘
- NVMe 作为 DB/WAL
- 适合全闪存集群，进一步降低写放大

三、全闪存模式

全 SSD
- 成本适中，性能较好
- 适合中小规模高性能集群
全 NVMe
- 极致性能，适合金融、AI 训练场景
- 成本最高，需配合高速网络 (≥25Gbps) + RoCEv2

四、组合策略与优化

分层池：
- Hot Pool → SSD/NVMe
- Cold Pool → HDD
- 通过 CRUSH Rule 控制数据分布
副本数调整：
- SSD/NVMe 池可用更高副本数保证可靠性
- HDD 池可用较低副本数节省空间
PG 数量：
- NVMe 池可设置更多 PG，提升并发
- HDD 池 PG 数量适中，避免过载

总结：

HDD 提供容量，适合冷数据。
SSD 提供性能，适合热数据。
NVMe 提供极致低延迟，适合核心业务。
最佳实践是 混合部署：HDD 做容量层，SSD/NVMe 做性能层，结合 CRUSH Rule 和 Pool 策略实现分层存储。

             ┌───────────────────────────────┐
             │           Ceph 集群           │
             └───────────────────────────────┘
                       │
     ┌─────────────────┴─────────────────┐
     │                                   │
┌───────────────┐                  ┌───────────────┐
│   HDD OSD     │                  │   SSD/NVMe OSD│
└───────────────┘                  └───────────────┘
     │                                   │
     │                                   │
┌───────────────┐                  ┌───────────────┐
│   Data 存储   │                  │   DB / WAL    │
│   (容量层)    │                  │   (性能层)    │
└───────────────┘                  └───────────────┘
     │                                   │
     └───────────────┬───────────────────┘
                     │
             ┌───────────────────────────────┐
             │          Ceph Pool            │
             │   - Hot Pool (SSD/NVMe)       │
             │   - Cold Pool (HDD)           │
             │   - EC Pool (混合)            │
             └───────────────────────────────┘
                     │
             ┌───────────────────────────────┐
             │       PVE 虚拟机/容器         │
             │   - RBD 磁盘                  │
             │   - CephFS 文件系统           │
             │   - RGW 对象存储              │
             └───────────────────────────────┘

Ceph 使用无损网络 - RoCEv2

在 PVE Ceph 集群中启用 RoCEv2 (RDMA over Converged Ethernet v2)，主要是为了降低延迟、提升带宽利用率，让 OSD 间的数据复制和客户端 I/O 更高效。下面分步骤说明：

一、RoCEv2 基础

RoCEv2：基于 UDP/IP 封装的 RDMA，支持 L3 路由，适合跨交换机部署。
优势：低延迟、高吞吐、CPU 占用低，适合 NVMe/SSD OSD 的高并发场景。
对比：RoCEv1 仅限二层，RoCEv2 可跨子网，更适合 Ceph 大规模集群。

传输方式	典型延迟	CPU占用	适用场景
RoCEv2	5–10 µs (单次 I/O)	极低，数据直达内存	高性能存储、NVMe OSD、AI/HPC
TCP/IP	30–80 µs (单次 I/O)	较高，需内核拷贝	通用网络、兼容性强
本地 NVMe	70–100 µs	无网络开销	本地盘直连

二、网络配置步骤

网卡驱动与固件
- 确认网卡支持 RoCEv2（如 Mellanox ConnectX 系列）。
- 更新固件与驱动，安装 OFED 或内核自带 RDMA 驱动。

启用 RDMA

1
2
3

modprobe rdma_ucm
modprobe ib_core
modprobe mlx5_core

验证：

1	rdma link show

配置 RoCEv2
- 打开 PFC (Priority Flow Control) 与 ECN (Explicit Congestion Notification)。
- 在交换机上配置 DCB (Data Center Bridging)。
- 设置 MTU ≥ 9000 (Jumbo Frame)。

绑定 IP 与 RoCEv2

1
2
3

ethtool -i ethX   # 查看驱动
rdma link add roce0 type roce netdev ethX
ip addr add 192.168.100.10/24 dev roce0

三、Ceph 配置

OSD 网络参数
在 ceph.conf 中指定 RDMA 网络：

ms_type = async+rdma
ms_async_rdma_device_name = roce0
ms_async_rdma_port_num = 1
ms_async_rdma_buffer_size = 4096

验证 RDMA 通信
1
2
ceph -s
ib_send_bw -d mlx5_0 -i 1
确认延迟与带宽符合预期。

四、最佳实践

HDD Pool：意义不大，瓶颈在磁盘。
SSD/NVMe Pool：收益明显，适合高性能场景。

总结：在 PVE Ceph 中开启 RoCEv2，需要 硬件支持 + 内核 RDMA 驱动 + 网络交换机配置 + Ceph ms_type=rdma。它主要提升 SSD/NVMe OSD 的性能，对 HDD 池意义有限。

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