1. Ceph概述
1.1 背景
Ceph是一个去中心化的分布式存储系统， 提供较好的性能、可靠性和可扩展性。Ceph项目最早起源于Sage就读博士期间的工作（最早的成果于2004年发表），并随后贡献给开源社区， 遵循LGPL协议（LESSER GENERAL PUBLIC LICENSE的简写，中文译为“较宽松公共许可证”）。在经过了数年的发展之后，目前已得到众多云计算厂商（OpenStack、CloudStack、OpenNebula、Hadoop）的支持并被广泛应用。
1.2 介绍
Ceph是一个可靠、自动重均衡、自动恢复的分布式存储系统，根据场景划分可以将Ceph分为三大块，分别是对象存储、块设备和文件系统服务。
Ceph的主要优点是分布式存储，在存储每一个数据时，都会通过计算得出该数据存储的位置，尽量将数据分布均衡，不存在传统的单点故障的问题，可以水平扩展。
Ceph存储集群至少需要一个Ceph Monitor和两个OSD守护进程。而运行Ceph文件系统客户端时，则必须要有元数据服务器（Metadata Server）。
1.3 特点
Ceph适合跨集群的小文件存储， 拥有以下特点：
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高性能
Client和Server直接通信， 不需要代理和转发；
Client不需要负责副本的复制， 有Primary主节点负责， 这样可以有效降低clien网络的消耗;
采用CRUSH算法，数据分布均衡，并行度高，支持上千个存储节点， 支持TB及PB级数据。
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高可用性
数据多副本， 支持故障域分隔，数据强一致性；
没有单点故障，较好的容错性， 有效支撑各种故障场景；
支持所有故障的检测和自动恢复，可以做到自动化管理；
支持并行恢复，能够极大的降低数据恢复时间， 提高数据的可靠性。
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高扩展性
高度并行化设计，没有单个中心控制组件，所有负载都能动态的划分到各个服务器上。
去中心化、灵活、随节点增加线性增长。
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场景丰富
支持三种存储接口类型: 块存储、文件存储、对象存储。 同时支持自定义接口，C++为底层实现， 兼容多种语言。
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块存储： 将磁盘空间映射给主机使用， 适用 docker容器、虚拟机磁盘存储分配；日志存储， 文件存储。
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文件存储： 解决块存储无法共享问题， 在服务器架设FTP和NFS服务器，适用目录结构的存储、日志存储等。
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对象存储： 大容量硬盘， 安装存储管理软件， 对外提供读写访问能力， 具备块存储的高速读写能力， 也具备文件存储共享的特性； 适用图片存储或视频存储。
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1.4 分布式存储系统横纵对比
| 对比说明 | TFS | FASTDFS | MooseFS | GlusterFS | CEPH |
|---|---|---|---|---|---|
| 开发语言 | C++ | C | C | C | C++ |
| 数据存储方式 | 块 | 文件/Trunk | 块 | 文件/块 | 对象/文件/块 |
| 在线扩容 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 |
| 冗余备份 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 |
| 单点故障 | 存在 | 不存在 | 存在 | 不存在 | 不存在 |
| 易用性 | 安装复杂，官方文档少 | 安装简单，社区相对活跃 | 安装简单，官方文档多 | 安装简单，官方文档专业化 | 安装简单，官方文档专业化 |
| 适用场景 | 跨集群的小文件 | 单集群的中小文件 | 单集群的大中文件 | 跨集群云存储 | 单集群的大中小文件 |
2. Ceph架构设计
2.1 Ceph整体设计
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基础存储系统RADOS
Reliable, Autonomic,Distributed Object Store，即可靠的、自动化的、分布式的对象存储
这就是一个完整的对象存储系统，所有存储在Ceph系统中的用户数据事实上最终都是由这一层来存储的。而Ceph的高可靠、高可扩展、高性能、高自动化等等特性本质上也是由这一层所提供的。
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基础库librados
这层的功能是对RADOS进行抽象和封装，并向上层提供API，以便直接基于RADOS（而不是整个Ceph）进行应用开发。特别要注意的是，RADOS是一个对象存储系统，因此，librados实现的API也只是针对对象存储功能的。RADOS采用C++开发，所提供的原生librados API包括C和C++两种。
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高层应用接口
这层包括了三个部分：RADOS GW（RADOS Gateway）、 RBD（Reliable Block Device）和Ceph FS（Ceph File System），其作用是在librados库的基础上提供抽象层次更高、更便于应用或客户端使用的上层接口。其中，RADOS GW是一个提供与Amazon S3和Swift兼容的RESTful API的gateway，以供相应的对象存储应用开发使用。RADOS GW提供的API抽象层次更高，但功能则不如librados强大。
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应用层
这层是不同场景下对于Ceph各个应用接口的各种应用方式，例如基于librados直接开发的对象存储应用，基于RADOS GW开发的对象存储应用，基于RBD实现的云硬盘等等。librados和RADOS GW的区别在于，librados提供的是本地API，而RADOS GW提供的则是RESTfulAPI。
由于Swift和S3支持的API功能近似，这里以Swift举例说明。Swift提供的API功能主要包括：
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用户管理操作：用户认证、获取账户信息、列出容器列表等；
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容器管理操作：创建/删除容器、读取容器信息、列出容器内对象列表等；
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对象管理操作：对象的写入、读取、复制、更新、删除、访问许可设置、元数据读取或更新等。
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2.2 逻辑架构
2.3 Ceph 专业术语
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OSD: Ceph的对象存储设备，OSD守护进程的功能是存储数据，处理数据的复制、恢复、回填、再均衡，并通过检查其他OSD守护进程的心跳来向Ceph Monitors 提供一些监控信息。
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Monitors: Ceph监视器，Monitor维护着展示集群状态的各种图表，包括监视器图、OSD图、归置组（PG）图、和CRUSH图。
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PG：Ceph归置组，每个Object最后都会通过CRUSH计算映射到某个PG中，一个PG可以包含多个Object。
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MDS: Ceph元数据服务器（MDS），为Ceph文件系统存储元数据。
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CephFS: Ceph文件系统，CephFS提供了一个任意大小且兼容POSIX的分布式文件系统。
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RADOS: Reliable Autonomic Distributed Object Store，表示可靠、自动、分布式的对象存储。Ceph中的一切都是以对象形式存储，RADOS就负责存储这些对象，RADOS层确保数据一致性和可靠性。
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Librados：librados库是一种用来简化访问RADOS的方法，目前支持PHP、Python、Ruby、Java、C和C++语言。
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RBD：Ceph 的块设备，它对外提供块存储，可以被映射、格式化进而像其他磁盘一样挂载到服务器。
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RGW/RADOSGW：Ceph 对象网关，它提供了一个兼容S3和Swift的restful API接口。
3. Ceph集群部署配置
3.1 部署结构
虚拟机创建三台服务器，CENTOS版本为7.6， IP网段192.168.116.0/24。三台主机名称为：
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CENTOS7-1: IP为192.168.116.141， 既做管理节点， 又做子节点。
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CENTOS7-2: IP为192.168.116.142， 子节点。
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CENTOS7-3: IP为192.168.116.143， 子节点。
3.2 系统配置
系统配置工作， 三台节点依次执行：
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修改主机名称
[root@CENTOS7-1 ~]# vi /etc/hostnameCENTOS7-1 -
编辑hosts文件
192.168.116.141 CENTOS7-1 192.168.116.142 CENTOS7-2 192.168.116.143 CENTOS7-3注意， 这里面的主机名称要和节点名称保持一致， 否则安装的时候会出现问题
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修改yum源
vi /etc/yum.repos.d/ceph.repo， 为避免网速过慢问题， 这里采用的是清华镜像源：[Ceph] name=Ceph packages for $basearch baseurl=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ceph/rpm-mimic/el7/x86_64/ enabled=1 gpgcheck=1 type=rpm-md gpgkey=https://download.ceph.com/keys/release.asc [Ceph-noarch] name=Ceph noarch packages # 官方源 #baseurl=http://download.ceph.com/rpm-mimic/el7/noarch # 清华源 baseurl=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ceph/rpm-mimic/el7/noarch/ enabled=1 gpgcheck=1 type=rpm-md gpgkey=https://download.ceph.com/keys/release.asc [ceph-source] name=Ceph source packages baseurl=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ceph/rpm-mimic/el7/SRPMS/ enabled=1 gpgcheck=1 type=rpm-md gpgkey=https://download.ceph.com/keys/release.asc -
安装ceph与ceph-deploy组件
yum update && yum -y install ceph ceph-deploy安装完成， 如果执行ceph-deploy出现ImportError: No module named pkg_resources
安装python2-pip： yum -y install python2-pip
yum install epel-release -y
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安装NTP时间同步工具
yum install ntp ntpdate ntp-doc -y确保时区是正确， 设置开机启动：
systemctl enable ntpd并将时间每隔1小时自动校准同步。编辑 vi /etc/rc.d/rc.local 追加：
/usr/sbin/ntpdate ntp1.aliyun.com > /dev/null 2>&1; /sbin/hwclock -w配置定时任务, 执行crontab -e 加入：
0 */1 * * * ntpdate ntp1.aliyun.com > /dev/null 2>&1; /sbin/hwclock -w
3.3 免密码SSH登陆
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官方建议不用系统内置用户， 创建名为ceph_user用户， 密码也设为ceph_user：
useradd -d /home/ceph_user -m ceph_user passwd ceph_user -
设置sudo权限
echo "ceph_user ALL = (root) NOPASSWD:ALL" | sudo tee /etc/sudoers.d/ceph_user sudo chmod 0440 /etc/sudoers.d/ceph_user1、2两个步骤依次在三台机器上执行。
接下来在主节点， 继续执行：
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生成密钥：
切换用户： su ceph_user
执行ssh-keygen，一直按默认提示点击生成RSA密钥信息。
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分发密钥至各机器节点
ssh-copy-id ceph_user@CENTOS7-1 ssh-copy-id ceph_user@CENTOS7-2 ssh-copy-id ceph_user@CENTOS7-3 -
修改管理节点上的
~/.ssh/config文件， 简化SSH远程连接时的输入信息：管理节点是会有root和ceph_user多个用户， ssh远程连接默认会以当前用户身份进行登陆，
如果我们是root身份进行远程连接， 还是需要输入密码， 我们想简化， 该怎么处理？
切换root身份，
su root修改~/.ssh/config 文件
Host CENTOS7-1 Hostname CENTOS7-1 User ceph_user Host CENTOS7-2 Hostname CENTOS7-2 User ceph_user Host CENTOS7-3 Hostname CENTOS7-3 User ceph_user注意修改文件权限， 不能采用777最大权限：
chmod 600 ~/.ssh/config进行ssh远程连接时， Host的主机名称是区分大小写的， 所以要注意配置文件的主机名称。
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开放端口， 非生产环境， 可以直接禁用防火墙：
systemctl stop firewalld.service systemctl disable firewalld.service -
SELINUX设置
SELinux设为禁用：
setenforce 0永久生效：
编辑 vi /etc/selinux/config修改：SELINUX=disabled
3.4 集群搭建配置
采用root身份进行安装
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在管理节点创建集群配置目录，cd /usr/local：
mkdir ceph-cluster cd ceph-cluster注意： 此目录作为ceph操作命令的基准目录， 会存储处理配置信息。
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创建集群， 包含三台机器节点：
ceph-deploy new CENTOS7-1 CENTOS7-2 CENTOS7-3创建成功后， 会生一个配置文件。
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如果接下来集群的安装配置出现问题， 可以执行以下命令清除， 再重新安装：
ceph-deploy purge CENTOS7-1 CENTOS7-2 CENTOS7-3 ceph-deploy purgedata CENTOS7-1 CENTOS7-2 CENTOS7-3 ceph-deploy forgetkeys将三台节点的mon信息也删除
rm -rf /var/run/ceph/ -
修改配置文件， 有些配置后面需用到：
vi /usr/local/ceph-cluster/ceph.conf加入：
[global] # 公网网络 public network = 192.168.116.0/24 # 设置pool池默认分配数量 默认副本数为3 osd pool default size = 2 # 容忍更多的时钟误差 mon clock drift allowed = 2 mon clock drift warn backoff = 30 # 允许删除pool mon_allow_pool_delete = true [mgr] # 开启WEB仪表盘 mgr modules = dashboard第一项为副本数， 设为2份。
第二项为对外IP访问网段，注意根据实际IP修改网段。
第三、四项为允许一定时间的漂移误差。
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执行安装：
ceph-deploy install CENTOS7-1 CENTOS7-2 CENTOS7-3如果出现错误：
ceph_deploy][ERROR ] RuntimeError: Failed to execute command: ceph --version可以在各节点上单独进行安装：
yum -y install ceph如果没有仓库文件ceph.repo， 按上面的步骤手工创建。
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初始monitor信息：
ceph-deploy mon create-initial ## ceph-deploy --overwrite-conf mon create-initial执行完成后， 会生成以下文件：
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同步管理信息：
下发配置文件和管理信息至各节点：
ceph-deploy admin CENTOS7-1 CENTOS7-2 CENTOS7-3 -
安装mgr(管理守护进程)， 大于12.x版本需安装， 我们装的是最新版，需执行：
ceph-deploy mgr create CENTOS7-1 CENTOS7-2 CENTOS7-3 -
安装OSD(对象存储设备)
注意： 新版本的OSD没有prepare与activate命令。
这里需要新的硬盘作为OSD存储设备， 关闭虚拟机， 增加一块硬盘， 不用格式化。
重启， fdisk -l 查看新磁盘名称：
执行创建OSD命令：
ceph-deploy osd create --data /dev/sdb CENTOS7-2
三台节点都需分别依次执行。
ceph-deploy gatherkeys CENTOS7-1
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验证节点：
输入ceph health 或 ceph -s查看， 出现HEALTH_OK代表正常。
通过虚拟机启动, 如果出现错误:
[root@CENTOS7-1 ~]# ceph -s
cluster:
id: 0ec99aa9-e97e-43d3-b5b9-90eb21c4abff
health: HEALTH_WARN
1 filesystem is degraded
1 osds down
1 host (1 osds) down
Reduced data availability: 41 pgs inactive
Degraded data redundancy: 134/268 objects degraded (50.000%), 22 pgs degraded, 87 pgs undersized
39 slow ops, oldest one blocked for 2286 sec, daemons [osd.0,mon.CENTOS7-2,mon.CENTOS7-3] have slow ops.
clock skew detected on mon.CENTOS7-2, mon.CENTOS7-3
services:
mon: 3 daemons, quorum CENTOS7-1,CENTOS7-2,CENTOS7-3
mgr: centos7-1(active), standbys: centos7-3, centos7-2
mds: fs_test-1/1/1 up {0=centos7-1=up:replay}
osd: 3 osds: 1 up, 2 in
data:
pools: 9 pools, 128 pgs
objects: 134 objects, 64 KiB
usage: 1.0 GiB used, 19 GiB / 20 GiB avail
pgs: 32.031% pgs unknown
134/268 objects degraded (50.000%)
65 active+undersized
41 unknown
22 active+undersized+degraded
在各节点执行命令, 确保时间同步一致:
ntpdate ntp1.aliyun.com
3.5 安装管理后台
-
开启dashboard模块
ceph mgr module enable dashboard -
生成签名
ceph dashboard create-self-signed-cert -
创建目录
mkdir mgr-dashboard
[root@CENTOS7-1 mgr-dashboard]# pwd /usr/local/ceph-cluster/mgr-dashboard -
生成密钥对
cd /usr/local/ceph-cluster/mgr-dashboardopenssl req -new -nodes -x509 -subj "/O=IT/CN=ceph-mgr-dashboard" -days 3650 -keyout dashboard.key -out dashboard.crt -extensions v3_ca[root@CENTOS7-1 mgr-dashboard]# ll total 8 -rw-rw-r-- 1 ceph_user ceph_user 1155 Jul 14 02:26 dashboard.crt -rw-rw-r-- 1 ceph_user ceph_user 1704 Jul 14 02:26 dashboard.key -
启动dashboard
ceph mgr module disable dashboard ceph mgr module enable dashboard -
设置IP与PORT
ceph config set mgr mgr/dashboard/server_addr 192.168.116.141 ceph config set mgr mgr/dashboard/server_port 18843 -
关闭HTTPS
ceph config set mgr mgr/dashboard/ssl false -
查看服务信息
[root@CENTOS7-1 ceph-cluster]# ceph mgr services { "dashboard": "http://192.168.116.142:18843/" } -
设置管理用户与密码
ceph dashboard set-login-credentials admin admin -
访问
3.6 创建Cephfs
集群创建完后， 默认没有文件系统， 我们创建一个Cephfs可以支持对外访问的文件系统。
ceph-deploy --overwrite-conf mds create CENTOS7-1 CENTOS7-2 CENTOS7-3
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创建两个存储池, 执行两条命令：
ceph osd pool create cephfs_data 128 ceph osd pool create cephfs_metadata 64少于5个OSD可把pg_num设置为128
OSD数量在5到10，可以设置pg_num为512
OSD数量在10到50，可以设置pg_num为4096
OSD数量大于50，需要计算pg_num的值
通过下面命令可以列出当前创建的存储池：
ceph osd lspools -
创建fs, 名称为fs_test:
ceph fs new fs_test cephfs_metadata cephfs_data -
状态查看， 以下信息代表正常：
[root@CENTOS7-1 mgr-dashboard]# ceph fs ls name: fs_test, metadata pool: cephfs_metadata, data pools: [cephfs_data ][root@CENTOS7-1 mgr-dashboard]# ceph mds stat fs_test-1/1/1 up {0=centos7-1=up:active}附： 如果创建错误， 需要删除， 执行：
ceph fs rm fs_test --yes-i-really-mean-it ceph osd pool delete cephfs_data cephfs_data --yes-i-really-really-mean-it确保在ceph.conf中开启以下配置：
[mon] mon allow pool delete = true -
采用fuse挂载
先确定ceph-fuse命令能执行， 如果没有， 则安装：
yum -y install ceph-fuse -
创建挂载目录
mkdir -p /usr/local/cephfs_directory -
挂载cephfs
[root@node3 ~]# ceph-fuse -k /etc/ceph/ceph.client.admin.keyring -m 192.168.116.141:6789 /usr/local/cephfs_directory ceph-fuse[6687]: starting ceph client 2019-07-14 21:39:09.644181 7fa5be56e040 -1 init, newargv = 0x7fa5c940b500 newargc=9 ceph-fuse[6687]: starting fuse -
查看磁盘挂载信息
[root@CENTOS7-1 mgr-dashboard]# df -h Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on /dev/mapper/centos-root 38G 3.0G 35G 8% / devtmpfs 1.9G 0 1.9G 0% /dev tmpfs 1.9G 0 1.9G 0% /dev/shm tmpfs 1.9G 20M 1.9G 2% /run tmpfs 1.9G 0 1.9G 0% /sys/fs/cgroup /dev/sda1 197M 167M 31M 85% /boot tmpfs 378M 0 378M 0% /run/user/0 tmpfs 1.9G 24K 1.9G 1% /var/lib/ceph/osd/ceph-0 ceph-fuse 27G 0 27G 0% /usr/local/cephfs_directory tmpfs 378M 0 378M 0% /run/user/1000/usr/local/cephfs_directory目录已成功挂载。
3.7 客户端连接验证(Rados Java)
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安装好JDK、GIT和MAVEN。
-
下载rados java客户端源码
git clone https://github.com/ceph/rados-java.git下载目录位置：
[root@CENTOS7-1 rados-java]# pwd /usr/local/sources/rados-java -
执行MAVEN安装, 忽略测试用例：
[root@CENTOS7-1 rados-java]# mvn install -Dmaven.test.skip=true生成jar包， rados-0.7.0.jar
[root@CENTOS7-1 target]# ll 总用量 104 drwxr-xr-x 3 root root 17 8月 11 18:32 classes drwxr-xr-x 2 root root 27 8月 11 18:32 dependencies drwxr-xr-x 3 root root 25 8月 11 18:32 generated-sources drwxr-xr-x 2 root root 28 8月 11 18:32 maven-archiver drwxr-xr-x 3 root root 35 8月 11 18:32 maven-status -rw-r--r-- 1 root root 105701 8月 11 18:32 rados-0.7.0.jar -
创建软链接， 加入CLASSPATH
ln -s /usr/local/sources/rados-java/target/rados-0.7.0.jar /opt/jdk1.8.0_301/jre/lib/ext/rados-0.7.0.jar安装jna
yum -y install jna创建软链接
ln -s /usr/share/java/jna.jar /opt/jdk1.8.0_301/jre/lib/ext/jna.jar查看
[root@CENTOS7-1 target]# ll /opt/jdk1.8.0_301/jre/lib/ext/jna.jar lrwxrwxrwx 1 root root 23 8月 11 19:00 /opt/jdk1.8.0_301/jre/lib/ext/jna.jar -> /usr/share/java/jna.jar[root@CENTOS7-1 target]# ll /opt/jdk1.8.0_301/jre/lib/ext/rados-0.7.0.jar lrwxrwxrwx 1 root root 52 8月 11 18:59 /opt/jdk1.8.0_301/jre/lib/ext/rados-0.7.0.jar -> /usr/local/sources/rados-java/target/rados-0.7.0.jar -
创建JAVA测试类
CephClient类，注意， 最新版0.6的异常处理包位置已发生变化。
import com.ceph.rados.Rados; import com.ceph.rados.exceptions.*; import java.io.File; public class CephClient { public static void main (String args[]){ try { Rados cluster = new Rados("admin"); System.out.println("Created cluster handle."); File f = new File("/etc/ceph/ceph.conf"); cluster.confReadFile(f); System.out.println("Read the configuration file."); cluster.connect(); System.out.println("Connected to the cluster."); } catch (RadosException e) { System.out.println(e.getMessage() + ": " + e.getReturnValue()); } } } -
运行验证
需要在linux环境下运行，且要在client节点。
编译并运行：
[root@CENTOS7-1 sources]# javac CephClient.java [root@CENTOS7-1 sources]# java CephClient Created cluster handle. Read the configuration file. Connected to the cluster.成功与ceph建立连接。
注意：如果java和javac版本不同，可以使用rpm -qa |grep java 进行查找， rpm -e –nodeps jdk进行删除，source /etc/profile进行生效
jdk的位数为64位
本文由传智教育博学谷 – 狂野架构师教研团队发布
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