搭建多地域共享存储（附视频）

2020-12-14 12:49:47 浏览数 (1)

0x00 前言

最近，隔壁部门的工程师小刘正在探索如何搞一套支持多地域容灾、且能共享访问的文件服务解决方案。在之前他尝试过本地的NAS存储，无奈扩容艰难、远程访问性能和吞吐量都很受限，管理复杂且成本高昂，多地备份服务更是代价巨大。其实这些功能，利用腾讯云的公有云基础服务，简单几步就可以实现。这篇小教程中，将和大家一起轻松探索，在腾讯云上搭建高可用的共享存储解决方案。

今天这篇教程的主角是CVM、VPC、CFS等腾讯云IaaS层的核心基础服务。

0x01 云服务器和私有网络创建

作为预热，本节我们将在创建VPC（以及相关的子网），并在不同可用区创建两台CVM云服务器实例，它们是上层应用业务的基础，也是我们后续验证部署CFS的基础。

创建私有网络（VPC）

先上段视频教程，给大家一个VPC创建的整体感受：

视频内容

腾讯云在每个地域都为用户创建了默认的VPC，方便创建云服务器实例时可以直接选用。不过，针对我们这次的多节点云服务器的应用场景，推荐在创建CVM前先创建私有网络VPC，可以更灵活地规划后续网络结构。在私有网络VPC控制台界面，可以创建VPC，点击 新建按钮后如图：

创建VPC，键入名称和CIDR即可，通常可以选择大范围一些，我们这里选择默认的/16的的IPv4地址段。另外第一次创建VPC时需要同时指定初始子网，其实就时该VPC下的第一个子网，子网的CIDR在VPC的范围内即可。注意：子网是和可用区关联的，且一个子网只可以关联一个可用区。如果需要一个跨多个可用区的VPC，需要在VPC下分别创建属于各个可用区的多个子网。另外，网络规划也是搭建基础服务前期必不可少的谋划工作。

我们这里选择创建一个新加坡地域的VPC（my-vpc-sg，10.0.0.0/16），并在其下创建关联两个子网，分别在新加坡一区（my-subnet-sg-1，10.0.0.0/24）和二区（my-subnet-sg-2，10.0.1.0/24）。

多学一点： CIDR全称Classless Inter-Domain Routing，CIDR记法用于标识一个IP地址和它所关联的路由前缀。在云服务中用可以简单地理解为一个被分配可使用的网络地址段，简称网段。IANA规定了三个可用与私有网络的IPv4地址段：10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16，这些地址段均可在腾讯云被设置使用。

创建云服务器（CVM）

创建CVM实例大家想必已经非常熟悉了，唯一的不同在于指定我们刚刚创建的VPC/子网，如图：

镜像选择上，我们选择最近新上的Centos8.0和Ubuntu20.04等镜像，尝尝新鲜。

我们这里在上述两个子网下，各分别创建一台CVM。

由于它们在一个VPC内，彼此是可以通过内网IP高效访问的。同一VPC下的云服务器彼此可以连通，而不论其在哪个子网或可用区，都能如同内网一样访问，这也是私有网络VPC的核心功能。

0x02 文件存储创建与挂载

腾讯云文件存储是什么？先引用一段官网的介绍：

腾讯云文件存储（CFS），即公有云上的NAS存储，帮助用户解决公有云上的高性能、共享存储需求。CFS支持容量和性能的线性扩展，现有应用无需修改即可挂载使用。腾讯文件存储具有使用便捷、高性能、高可用等特性，适用于多种业务场景。如企业文件共享（为OA、ERP、财务管理系统等实现文件共享）、流媒体处理（通过高吞吐加速视频编辑、影音制作/渲染过程）、Web服务及内容管理（提供弹性高性价比的共享存储空间）、机器学习及大数据应用（提供PB级数据，高IOPS）。CFS通常与CVM、容器、Batch、黑石等服务搭配使用，为多个计算性能提供弹性高性能的共享存储空间。

不免让人有点云里雾里，其实NAS（Network Attached Storage）最开始是指通过网络远程访问的共享文件存储设备，简单地说它跟我们常用的主机硬盘有3点不同：第一，它不是裸盘，而是已经被格式化过的符合POSIX标准（read/write等OS接口标准）的文件系统；第二，通过网络访问的，而不是挂在本地主机上的；第三，最重要的一点，它是可以共享访问的，意味着可以多个客户端同时进行读写操作。厉害吧？

这个所谓的云上NAS是什么意思呢？功能特性还是和NAS一样，即刚才那核心的三点都没变。区别首先是其非功能的特性大大提升，如容量弹性可扩展、更高读写性能、以及高吞吐量支持更多的客户端并发访问；另外是增加了一些方便的如监控统计、权限管理等。二者两方面都是公有云服务的共有必备特性，无需太多理解。

文件存储和块存储/对象存储的关系如何呢？CFS相比云盘CBS（公有云上的硬盘），区别在于主机是通过NFS协议挂载而非直接挂载，以及无需格式化；相比对象存储COS，区别在于其与POSIX标准兼容，而COS是通过HTTP协议访问的（你无法 ls命令 读取COS的目录）。总之，需要共享访问大量文件的场景用CFS，没错的。

创建CFS实例

在CFS的文件系统列表页面，可以创建CFS文件系统。过程很简单，除了起名称外，最重要的是选择可用区和网络。如下图：

这里我们选择新加坡一区的子网。由于都在一个VPC下，上一节创建的两台CVM云服务器将都可以访问（挂载）它，后续我们将详细介绍挂载命令。

多学一点： CVM里是无法通过ping命令来验证和CFS的连通性的，对于NFSv4协议的CFS，其验证可以通过如下telnet命令：

代码语言：javascript复制
telnet YOUR.CFS.IP.ADDR 2049

挂载CFS文件系统

同样的页面，还可以查看刚刚创建的CFS实例。我们点击该CFS实例ID进入实例详情页，在挂载点信息标签下，可以查看该CFS实例的挂载点信息详情，包括所在VPC/子网信息，内网IPv4地址，以及最关键的——挂载命令。如图，而且命令还可以方便的复制，即便对于NFS新手都很友好。

我们这里按照提示的命令，将CFS文件系统的根目录挂载到CVM的指定目录/mnt/cfs下。

代码语言：javascript复制
# ubuntu下需要用sudo或者先su到root下
mkdir -p /mnt/cfs
mount -t nfs -o vers=4.0,noresvport YOUR.CFS.IP.ADDR:/ /mnt/cfs

mount命令，-t参数指定了挂载类型为nfs，-o参数是的挂载选项的意思，这里我们指定NFS版本（vers）为4.0版本，noresvport的意思是nfs客户端采用非特权的源端口，这样可以提升客户端的最大挂载点数量。两个必选参数先后分别是远端地址&目录、以及本地目录，和普通的挂载场景用法没有任何区别。

无需紧张： Centos里第一次创建镜像启动CVM实例时，是没有预装nfs的相关命令的，用yum安装nfs-utils包即可：

代码语言：javascript复制
mount mntcfs bad option; for several filesystems (e.g. nfs, cifs) you might need a sbinmount.type helper program.
# 没有/sbin/mount.nfs4，安装相关软件包即可
yum install -y nfs-utils

验证挂载可以用df命令

0x03 对等连接创建与配置

对等连接（Peer Connection，简称PC）是VPC领域下的一个子产品，提供了大带宽、高质量的云上资源互通服务，可以帮助我们打通腾讯云上的资源通路。对等连接可以做到在多区域之间、多账户间以及多种异构网络之间打通链路。对于我们接下来要做的事：使跨多地域之间的VPC互联。腾讯云的对等连接产品就是一大利器。

首先，可以参考第二节完全一样的方法，我们先在东京地域创建了一个VPC（my-vpc-jp, 172.16.0.0/16），以及其初始的子网（my-subnet-jp-1, 172.16.0.0/24）,并在其下创建云服务器CVM（jp-server-1）。不同的VPC下的云服务器是默认完全不内网互通的，若要使我们的东京服务器可以和新加坡地域的两台服务器互相连通，只需要为两个VPC创建对等连接即可。需要以下两步。

创建对等连接

在VPC的对等连接控制台，可以新建对等连接实例。需要选定两端的VPC，以及对应的带宽上限大小，如图：

多学一点：同地域下基本免费，跨地域的费用结算默认是日峰值阶梯计算（也可申请月95计算）。另外，对等连接还可以支持跨账户间建立，由连接发起方支付，效果一样，有兴趣可以试试。

更新两端VPC的路由表

创建完对等连接实例后，控制台会提示去修改路由表。在VPC的路由表列表页，找到我们VPC的default路由表，点击ID进入详情。然后选择 新增路由策略，加入对端VPC的下一跳规则即可。目的端选择对端VPC（也可以是对端子网的）的网段，下一跳类型选择对等连接。

新加坡VPC的路由表更新：

东京VPC的路由表更新：

注意：两端VPC的路由表都要增加下一跳策略。对等连接私有网络网段不能有冲突。

路由表规则生创建后，网络连通性即时生效。东京的服务器立即可以和新加坡的服务器互相ping通对方，并且自然地，可以挂载新加坡地域的CFS了。mount命令不变：

代码语言：javascript复制
mount -t nfs -o vers=4.0,noresvport YOUR.CFS.IP.ADDR:/ /mnt/cfs

0x04 网络结构&访问性能分析

网络拓扑总结

至此，我们整体总结下上述实验的网络拓扑。两个地域各有一个VPC（私有网络），并通过对等连接实现了内部的互通。新加坡地域两个子网分别在两个不同的可用区，东京地域一个可用区部署一个子网。每个子网下各有一台服务器，且CFS部署在其中一个子网下。网络拓扑结构如下图所示：

最底层依托腾讯云CFS文件存储，仅需通过一个CFS挂载点进行接入，即可保证文件存储层的灵活扩展和高性能/高吞吐要求；而上层用于运行业务的CVM服务器可以做到两地三中心部署，任何一个宕机都不影响其余业务服务器正常访问共享文件存储，这也是常见的支持容灾备份的高可用方案。

CFS访问性能分析

我们将上述的三种典型的CVM/CFS挂载访问方式总结一下：

CVM与CFS放置关系

访问CFS存储的方式

访问性能

通常用途

CVM实例与CFS在同一地域，同一可用区

直接挂载

最高

在线业务生产中心

CVM实例与CFS在同一地域，不同可用区

直接挂载

很高

同城灾备双活中心

CVM实例与CFS在不同地域

需对两个VPC创建对等连接

一般

异地容灾备份中心

CVM对CFS的写入性能简单评测

我们在三台CVM里，通过dd命令测试一下其对挂载的CFS目录写性能，命令具体如下：

代码语言：javascript复制
# 注意：命令需要root权限，ubuntu下需要先：sudo su -
echo 3>/proc/sys/vm/drop_caches && dd if=/dev/urandom of=/mnt/cfs/data bs=1M count=1K

注意：由于有操作系统缓存的存在，通常用dd命令进行硬盘读写测试前，最好清空一下系统的缓存。不过对于上述随机写入数据的场景，缓存影响较小。

我们根据写入block size的大小，本实验中我们取block size为1KB、4KB、16KB ... 512KB、1MB。结果如下图：

从上图可以看出，同一地域，即便不同可用区之间的CVM到CFS访问性能都是相对高且近似的，平均写性能到80~120MB/s之间。然而，对于通过对等连接（peer connection）连接起来的不同地域的CVM，其访问CFS存储的性能瓶颈不在于存储，而是和对等连接的带宽以及各地域网络的具体情况相关。新加坡和东京地域本次的实测是20MB/s，也还不错。

0x05 结语

至此，本篇教程进入尾声。如果你一路跟着实践下来，相信已经更加熟悉了VPC、CVM、CFS等云服务的核心基础产品、了解了对等连接的使用场景，以及熟悉了如何设计高可用的网络拓扑结构和简单的存储性能测试，并最终搭建一套跨地域支持容灾的云上共享存储。腾讯云上还有各种更多好玩的各种服务等待着我们一起探索、组合与构建。让我们一起享受搭积木的快感吧~

0x06 参考资料

  • 腾讯云云服务器CVM
  • 腾讯云私有网络VPC
  • 腾讯云文件存储CFS
  • 腾讯云对等连接PC
  • Network File System (NFS) Version 4 Protocol
  • nfs(5) - Linux man page
  • mount(8) - Linux man page
云服务器 私有网络 文件存储

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