一、单机部署Ceph的适用场景与核心价值

Ceph作为开源分布式存储系统，通常以多节点集群形式部署以实现高可用性和数据冗余。但在开发测试、边缘计算或资源受限场景下，单机部署Ceph仍具有显著价值：

1. 开发验证环境：开发者可在本地环境模拟Ceph集群行为，验证存储策略、RBD镜像操作等核心功能，无需搭建多台物理机。
2. 边缘计算节点：在工业物联网或智能终端场景中，单台设备需同时承担计算与存储任务，单机Ceph可提供块存储、对象存储一体化解决方案。
3. 资源受限环境：通过合理配置，单机Ceph可在16GB内存、4核CPU的虚拟机中稳定运行，满足轻量级应用需求。

相较于传统单节点存储方案（如LVM、本地磁盘），Ceph单机部署的优势在于：

• 保持分布式系统核心特性，支持动态扩展（未来可无缝升级为集群）
• 提供统一的存储接口（RADOS、RBD、CephFS）
• 具备数据自修复能力（通过单节点内的对象副本机制）

二、环境准备与组件选择

2.1 硬件配置建议

关键注意事项：

• 若使用虚拟机，需启用virtio-scsi驱动以支持TRIM指令
• 避免将OSD数据盘与系统盘混用，防止I/O争用
• 内存配置需预留20%给操作系统及其他服务

2.2 软件依赖安装

以Ubuntu 22.04为例，执行以下步骤：

# 添加Ceph官方仓库
sudo apt install -y software-properties-common
sudo add-apt-repository -y ppa:ceph/stable
sudo apt update
# 安装核心组件（以Quincy版本为例）
sudo apt install -y ceph ceph-common ceph-mds ceph-mon ceph-osd

对于CentOS/RHEL系统，需配置EPEL仓库并启用PowerTools：

sudo dnf install -y https://dl.fedoraproject.org/pub/epel/epel-release-latest-8.noarch.rpm
sudo dnf config-manager --set-enabled powertools
sudo dnf install -y ceph ceph-common

三、单机部署详细流程

3.1 初始化集群配置

生成基础配置文件（/etc/ceph/ceph.conf）：

[global]
fsid = $(uuidgen)  # 生成唯一集群ID
mon initial members = mon0
mon host = 127.0.0.1
public network = 127.0.0.0/24
osd pool default size = 1  # 单机环境禁用副本
osd pool default min size = 1
osd crush chooseleaf type = 0  # 禁用CRUSH层级
[mon.mon0]
host = localhost
mon addr = 127.0.0.1:6789

3.2 启动Monitor服务

# 创建monitor数据目录
sudo mkdir -p /var/lib/ceph/mon/ceph-mon0
# 初始化monitor密钥
sudo ceph-authtool --create-keyring /tmp/ceph.mon.keyring \
  --gen-key -n mon. --cap mon 'allow *'
# 注入初始配置
sudo ceph-mon --mkfs -i mon0 --monmap /tmp/monmap --keyring /tmp/ceph.mon.keyring
# 启动服务
sudo systemctl start ceph-mon@mon0
sudo systemctl enable ceph-mon@mon0

3.3 配置OSD存储

方案一：使用文件作为存储后端（测试环境）

# 创建1GB的稀疏文件作为存储介质
sudo fallocate -l 1G /var/lib/ceph/osd/ceph-0/block
# 初始化OSD
sudo ceph-volume lvm create --data /var/lib/ceph/osd/ceph-0/block --no-systemd

方案二：使用物理磁盘（生产环境推荐）

# 列出可用磁盘（排除系统盘）
lsblk -d -o NAME,ROTA,SIZE
# 假设使用/dev/sdb作为OSD
sudo ceph-volume lvm create --bluestore --data /dev/sdb

关键配置参数：

• bluestore_block_size：建议设置为磁盘容量的80%
• bluestore_cache_size_ssd：内存充足时可设为4GB
• osd_memory_target：默认4GB，可根据实际调整

3.4 验证集群状态

执行以下命令确认集群健康状态：

ceph -s
# 正常输出示例：
#   cluster:
#     id:     a1b2c3d4-e5f6-7890-g1h2-i3j4k5l6m7n8
#     health: HEALTH_OK
#   services:
#     mon: 1 daemons, quorum mon0
#     osd: 1 osds, 1 up, 1 in

四、常见问题与解决方案

4.1 OSD启动失败排查

现象：ceph osd tree显示OSD为down状态

排查步骤：

1. 检查日志：sudo journalctl -u ceph-osd@0 -f
2. 验证磁盘权限：ls -l /var/lib/ceph/osd/ceph-0/
3. 检查内核模块：lsmod | grep rbd

典型解决方案：

• 若报错failed to open device，执行sudo partprobe /dev/sdb
• 若报错permission denied，执行sudo chown ceph:ceph /var/lib/ceph/osd/ceph-0/*

4.2 性能优化建议

1. I/O调度器调整：

   # 对于SSD设备
   echo deadline | sudo tee /sys/block/sdX/queue/scheduler

2. 内存分配优化：
   在/etc/ceph/ceph.conf中添加：

   [osd]
   osd memory target = 8589934592  # 8GB
   osd memory target autotune = true

3. 日志级别调整：

   sudo ceph tell osd.0 injectargs --debug-osd 0/5

五、进阶使用场景

5.1 启用CephFS文件系统

# 创建存储池
sudo ceph osd pool create cephfs_data 128 128
sudo ceph osd pool create cephfs_metadata 128 128
# 创建文件系统
sudo ceph fs new cephfs cephfs_metadata cephfs_data
# 挂载使用
sudo mkdir /mnt/cephfs
sudo mount -t ceph 127.0.0.1:6789:/ /mnt/cephfs -o name=client.admin,secret=$(ceph auth get-key client.admin)

5.2 配置RBD块设备

# 创建镜像
sudo rbd create test_img --size 10G --pool rbd
# 映射到本地
sudo rbd map test_img --pool rbd
# 格式化并挂载
sudo mkfs.xfs /dev/rbd0
sudo mount /dev/rbd0 /mnt/rbd

六、总结与展望

单机部署Ceph通过精简配置实现了分布式存储的核心功能，特别适合以下场景：

• 开发阶段的API验证
• 边缘设备的统一存储
• 传统存储方案的现代化改造

未来升级为集群时，只需通过ceph-deploy工具添加新节点，原有数据可自动重新平衡。建议定期执行ceph osd repair和ceph health detail命令维护集群健康状态。

对于资源极度受限的环境，可考虑使用Ceph的Kubernetes Operator实现容器化部署，进一步降低运维复杂度。实际生产环境中，建议至少部署3个OSD以实现数据冗余，单机方案应严格限定在非关键业务场景使用。