OpenStack+Ceph存储空间回收

问题描述

在OpenStack云环境的部署中，存储通常具备Thin provision的功能，这项功能实现了存储按需分配的能力。现在有这样一种场景，用户在文件系统中创建了大文件，使用完之后进行了删除。但实际上，该文件在存储系统上占用的空间并没有释放。

当用户在文件系统中删除一个文件，并不会在块设备上的对应空间填0，而仅仅在磁盘的元数据结构中将这些block标记为未使用。因此，虽然文件系统知道这些block是未使用或者说可用的，但是底层的存储系统并不知道文件系统做的操作，会认为这些block仍在使用。以RBD image为例，它本身是稀疏格式的，也就是说它所占用objects会随着用户写入数据的增加而增加（Thin provision）。当用户删除数据以后，这些obejct不再使用，但并没有被释放。因为从Ceph的角度讲，它并不知道文件系统中发生的事情。

解决办法

比较理想的解决办法就是，提供一种空间回收机制，文件系统可以通知块设备释放掉不再使用的block。Linux的Trim/Discard机制正是这样一种机制。从Ceph 0.46，Ceph的块设备开始支持Trim/Discard操作。这意味着，从Guest虚拟机中可以发出Trim请求，Ceph块设备就可以释放掉不再使用的空间。

需要注意的是，当前只有主流的文件系统，比如Ext4、XFS、Btrfs，支持Trim/Discard操作。

触发Trim/Discard请求

有两种方式可以触发Trim/Discard请求，一种是由文件系统自动完成，一种是用户通过执行命令来完成。

一、文件系统自动完成

只要在挂载文件系统时指定discard参数即可，比如 mount -t ext4 -o discard device mountpoint，这样在文件系统中删除文件后会自动触发Trim/Discard操作，在块设备上释放占用的空间。

二、用户执行命令

用户可以执行命令fstrim来触发Trim/Discard操作，采用这种方式mount文件系统时不需要discard参数。比如，fstrim -v mountpoint，就会释放对应块设备上不用的空间。

需要注意的是，mount的discard参数会导致文件系统性能下降，在并发删除大量小文件时变得很慢，因此需要根据具体场景选择合适的长发方式。

版本要求

Qemu： 1.5

Libvirt： 1.0.6

Ceph: 0.46

Linux kernel: 3.1

OpenStack中该功能的通用实现

在虚拟机平台中，IDE或者SCSI磁盘支持Trim，VirtIO不支持Trim操作。OpenStack在Icehouse中引入下面两个commit，支持了virtio-scsi，也就是说可以使用Trim/Discard。

https://review.openstack.org/#/c/70262/

https://review.openstack.org/#/c/70263/

需要配置Nova和Glance支持virtio-scsi和discard。

1、glance image-update --property hw_scsi_model=virtio-scsi --property hw_disk_bus=scsi

其中，hw_scsi_model=virtio-scsi 是指libvirt要使用virtio-scsi控制器，hs_disk_bus=scsi是指libvirt使用scsi总线连接磁盘到控制器。

2、编辑nova.conf

[libvirt]

hw_disk_discard = unmap

其中，有效的hw_disk_discard参数包括：

unmap: it unmaps aligned group of sectors

ignore: it ignores the discard request

上述操作其实就是确保磁盘挂载到虚拟机中使用了scsi，最终的libvirt xml描述文件如下：

</auth>

</source>

</disk>

在AWcloud云平台使用该功能

1、创建云硬盘

2、挂载云硬盘总线类型选择scsi

3、虚拟机里将挂载的磁盘创建分区并挂载

4、删除大文件后执行fstrim -v mountpoint

或者

挂载时使用-o discard参数，那么删除文件时会自动触发Discard/Trim操作，不需要执行fstrim命令。

实验验证

1、创建一个RBD image

2、将创建好的RBD image以scsi的方式挂载到虚拟机中，分区创建文件系统

3、统计该RBD image占用的object数量

[root@node-4 gc]# rados -p volumes ls |grep 3232ae8944a | wc -l

135

4、在虚拟机的文件系统中创建文件

ddif=/dev/zero of=image bs=1M count=10000

5、统计该RBD image占用的object数量

[root@node-4 gc]# rados -p volumes ls |grep 3232ae8944a | wc -l

382

注：（382-135）*4M ~ 1G，和创建的文件大小相符

6、虚拟机中删除创建的文件，并执行fstrim命令

rm -rf image；fstrim –v mountpoint

7、统计该RBD image占用的object数量

[root@node-4 gc]# rados -p volumes ls |grep 3232ae8944a | wc -l

196

注：（382-196）*4M ~ 800M，绝大部分空间得到回收

参考：

http://www.sebastien-han.fr/blog/2015/02/02/openstack-and-ceph-rbd-discard/

http://ceph.com/docs/master/rbd/qemu-rbd/#enabling-discard-trim

http://cephnotes.ksperis.com/blog/2014/12/18/use-discard-with-krbd-client-since-kernel-3-dot-18/