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# Proxmox-Cluster mit Ceph

## Basissetup

1. Proxmox installieren (mit ZFS)
2. Proxmox-Root verschlüsseln [^1]
    1. System von einem externen Medium mit ZFS-Support starten (z.B. Ubuntu oder im Proxmox-Installer ++ctrl+alt+f3++ drücken, das ist jedoch sehr unkomfortabel).
    2. In der Shell folgende Schritte ausführen:
``` bash
# Aktuellen Root-Pool importieren
zpool import -f rpool

# Einen Snapshot erstellen
zfs snapshot -r rpool/ROOT@copy

# Ein temporäres Dateisystem aus dem Snapshot erzeugen
zfs send -R rpool/ROOT@copy | zfs receive rpool/copyroot

# Das alte Dateisystem löschen
zfs destroy -r rpool/ROOT

# Ein neues Dateisystem mit aktivierter Verschlüsselung erstellen
zfs create -o encryption=on -o keyformat=passphrase rpool/ROOT

# Die Dateien vom temporären in das neue Dateisystem kopieren
zfs send -R rpool/copyroot/pve-1@copy | zfs receive\
    -o encryption=on rpool/ROOT/pve-1

# Den Mountpoint des neuen Dateisystems setzen

# Falls dies hängt, das System booten, im initramfs den Pool
# importieren und dort den Mountpoint setzen. Danach weiter
# wie beschrieben.

zfs set mountpoint=/ rpool/ROOT/pve-1

# Prüfen, dass alles verschlüsselt ist
zfs get encryption

# Das temporäre Dateisystem löschen
zfs destroy -r rpool/copyroot/pve-1@copy
zfs destroy -r rpool/copyroot

# Den Pool wieder exportieren
zpool export rpool
```
    3. System neustarten
3. System updaten
    1. Packagelists anpassen
``` bash
# No-Subscription Repo anlegen
echo "deb http://download.proxmox.com/debian/pve\
    bullseye pve-no-subscription" >\
    /etc/apt/sources.list.d/pve-no-subscription.list

# Enterprise-Repo löschen
rm /etc/apt/sources.list.d/pve-enterprise.list
```
    2. Updaten
``` bash
apt update
apt full-upgrade
```

4. SSH einrichten
    1. SSH-Keys hinterlegen (```/root/.ssh/authorized_keys```)
    2. SSHD-Konfiguration anpassen (```/etc/ssh/sshd_config```)
``` bash
# Port ändern (Port 22 wird weiterhin benötigt für die
# Clusterkommunikation,  kann aber später mit Firewallregeln
# auf die betroffenen Hosts beschränkt werden.
Port 1412
Port 22

# Root-Login nur mit Key
PermitRootLogin prohibit-password

# Passwort-Login verbieten
PasswordAuthentication no

# TCP-Forwarding (Tunnel) erlauben
AllowTcpForwarding yes

# X11-Weiterleitung verbieten
X11Forwarding no

```

5. Remote-Unlock aktivieren
    1. dropbear-initramfs installieren (``` apt install dropbear-initramfs```)
    2. initramfs mit fester IP ausstatten (```/etc/initramfs-tools/initramfs.conf```)
``` bash
IP=192.168.1.10::192.168.1.1:255.255.255.0::enp2s0:off
```
    2. dropbear konfigurieren (```/etc/dropbear-initramfs/config```)
``` bash
DROPBEAR_OPTIONS=-p1412
```
    3. Keys für dropbear hinterlegen
``` bash
# Autorisierte Schlüssel hinterlegen
cp /root/.ssh/authorized_keys /etc/dropbear-initramfs

# Hostkeys konvertieren
rm /etc/dropbear-initramfs/*_key
cd /etc/ssh
for file in ssh_host_*_key; do
    echo Konvertiere $file
    cp $file /tmp/$file
    ssh-keygen -m PEM -p -f /tmp/$file
    newfile=${file/ssh_host/dropbear}
    newfile=${newfile/key/host_key}
    dropbearconvert openssh dropbear /tmp/$file /tmp/$newfile
    mv /tmp/$newfile /etc/dropbear-initramfs/ 
    rm /tmp/$file
done

# Ramdisk updaten
update-initramfs -u
```

6. Datenset verschlüsseln
!!! info
    Die Datenpartition wird mit einem Key verschlüsselt, der im Dateisystem des Servers liegt. Dieser ist durch die Verschlüsselung des Root-Sets geschützt, wenn der Server ausgeschaltet ist, ist jedoch prinzipiell lesbar, wenn der Server läuft.

    Die Rechte des Keyfiles sind konservativ gesetzt (Zugriff nur für root) dennoch bleibt dies eine Abwägung zwischen Komfort und Sicherheit.

    Besser wäre eine spezifische Key-Partition, die nach dem Booten wieder gesperrt würde. Dies ist bei Nutzung von Ceph jedoch ohnehin nicht möglich, da die Keys für Ceph im Root-Dateisystem der Monitore liegen und verfügbar sein müssen.

!!! tip
    Optional: Insbesondere bei Clustereinrichtung sollte in Proxmox der Storage (local-zfs) gelöscht und nach der Verschlüsselung ein passender neuer angelegt werden, der der Storage-ID im Cluster entspricht.

``` bash 
# Key generieren
dd if=/dev/urandom of=/root/local.key bs=32 count=1
chmod 600 /root/local.key

# Datenset löschen
zfs destroy -r rpool/data

# Neues, verschlüsseltes Datenset anlegen
zfs create -o encryption=on -o keyformat=raw \
    -o keylocation=file:///root/local.key rpool/data

# Dienst zum Unlock beim Systemstart anlegen
cat > /etc/systemd/system/zfs-load-key.service <<EOF
[Unit]
Description=Load encryption keys
DefaultDependencies=false
Before=zfs-mount.service
After=zfs-import.target

[Service]
Type=oneshot
RemainAfterExit=yes
ExecStart=/usr/sbin/zfs load-key -a

[Install]
WantedBy=zfs-mount.service
EOF

# Dienst aktivieren
systemctl enable zfs-load-key.service
```

!!! warning
    Anschließend den Key (```/root/local.key```) sichern!

7. Netzwerkkonfiguration vornehmen
    1. Alle Schnittstellen auf MTU 9000 einstellen (unter Advanced)
    2. Mindestens ein eigenes Netz für den Cluster und Ceph erstellen (vorzugsweise 10G)
    3. Bridge anlegen für VLANs für die VMs anlegen (vmbr1, vorzugsweise 10G)
    4. IPs passend festlegen
    5. Konnektivität prüfen


## Clusterkonfiguration

1. Einrichtung des Clusters auf einer der Nodes über die GUI. Der Link sollte auf das schnelle Netz zeigen.

2. Die anderen Nodes über die GUI joinen.

3. Bei komplexeren Setups mit Failover etc. bietet es sich an, die Adressen der Hosts in den Hosts-Datei zu spezifizieren und die ```/etc/corosync/corosync.conf``` manuell anzupassen. Siehe [Seperate Cluster Network](https://pve.proxmox.com/wiki/Separate_Cluster_Network) im Proxmox-Wiki.

!!! warning
    Bei jeder Änderung der ```/etc/corosync/corosync.conf``` *muss* die ```config_version``` erhöht werden, damit die Datei im Cluster aktiv wird! 

4. Das Migration-Netzwerk sollte vom Cluster-Netzwerk getrenn sein und muss dann manuell festgelegt werden.  Dies erfolgt in der ```/etc/pve/datacenter.cfg```:

``` json
migration: secure,network=192.168.10.0/24
```

## Ceph-Einrichtung

### Grundeinrichtung
1. Ceph auf dem ersten Node in der GUI installieren (Advanced aktivieren), Netzwerke passend auswählen, Replicas passend einstellen.
2. Ceph auf den anderen Nodes in der GUI installieren (Adcanced aktivieren).
3. Monitore, Manager und Metadata-Server auf den weiteren Nodes hinzufügen.
4. OSDs auf allen Nodes hinzufügen, dabei für HDD evtl. WAL+DB auf SSD auslagern sowie Encryption aktivieren. 
!!! tip
    Wenn WAL+DB auf einer Partition angelegt werden soll, muss zunächst das LVM vorbereitet werden, dazu:
    1. Mit fdisk Partition anlegen (Typ 30)
    2. LVM anlegen
    ``` bash
    # Physival Volume erstellen
    pvcreate /dev/sdX4

    # Volumegroup erstellen
    vgcreate ceph-db-0 /dev/sdX4

    ```
### Pools einrichten
#### Replikation verwenden

1. Wenn SSDs und HDDs zum Einsatz kommen, können unterschiedliche Crush-Regeln angelegt
    werden, um Pools für schnellen und langsamen Speicher zu erstellen:
``` bash
ceph osd crush rule create-replicated replicated_hdd default host hdd
ceph osd crush rule create-replicated replicated_ssd default host ssd
```
        
2. Pools anlegen und dabei die Crush-Regeln und die Redundanz (Replicas = Original + Anzahl Kopien) passend auswählen.

#### Erasurecode verwenden
Es ist auch möglich, Erasurecode zu verwenden. So werden Daten nicht
vollständig repliziert, sondern Prüfsummen erstellt (ähnlich zu RAID5
etc.). Dies benötigt mehr Rechenleistung und etwas bis erheblich
weniger Speicherplatz. Hier wird von einer Konfiguration analog zu
RAID5 ausgegangen, d.h. auf zwei Datenblöcke (k=2) kommt ein
Paritätsblock (m=1). Somit kann der Ausfall einer Einheit kompensiert
werden. Dies ist nur für unwichtige Daten sinnvoll, denn es ist sehr
wahrscheinlich, dass beim Recovery eine zweite Einheit ausfällt
(analog zu RAID5). Es geht also lediglich darum, den Betrieb aufrecht
zu erhalten. Notfalls kann später ein vorhandenes Backup eingespielt
werden.

Dieses Problem lässt sich durch weitere Nodes / OSDs verkleinern, sodass
es nicht mehr so kritisch wie bei einem RAID5 ist. Außerdem können
natürlich mehr redundante Blöcke vorgehalten werden (m>1).

k+m entspricht der Anzahl der benötigten Nodes (wenn die Fehlerdomain auf
'host' eingestellt wird).


``` bash
# EC-Profil anlegen
ceph osd erasure-code-profile set erasure_medien_hdd\
    plugin=jerasure k=2 m=1 technique=reed_sol_van\
    crush-root=default crush-failure-domain=host\
    crush-device-class=hdd

# Pool erstellen
ceph osd pool create cephfs_ec_data 128 erasure erasure_medien_hdd

# Overwrites für CephFS-Nutzung erlauben
ceph osd pool set cephfs_ec_data allow_ec_overwrites true

# Gleichzeitiges lesen von mehreren OSDs
ceph osd pool set cephfs_ec_data fast_read true
```

### VM-Disks anlegen
Die Pools können direkt als Storage genutzt werden. Wichtig ist, dass als Dateisystem XFS verwendet wird. Dies ist etwas schneller und deutlich stabiler in den Transferraten als ext4. Außerdem kann man zur Leistungssteigerung den Writeback-Cache aktivieren und den IO-Thread aktivieren (dazu als SCSI-Controller in der VM _Virtio SCSI single_ auswählen.

### CephFS nutzen
Wenn man CephFS nutzt, können die angelegten Pools entsprechenden Crush-Regeln zugewiesen werden. Der Metadata-Pool sollte immer auf SSDs liegen!

1. Zugangsdaten auf dem Cluster anlegen
``` bash
# ceph fs authorize <cephfs-name> client.<nutzername> 
# <verzeichnis> <berechtigung> ... <verzeichnis> <berechtigung>
ceph fs authorize cephfs client.daniel / rw
```
2. Den angezeigten Key in eine Datei auf dem Client kopieren
3. Vom Client aus mounten
``` bash
mount.ceph <monitor-ip>:/ /mnt -o name=daniel,secretfile=ceph.key
```
4. Oder in der /etc/fstab eintragen:
```
<mon1_ip>,<mon2_ip>,<mon3_ip>:/       /mnt/cephfs/    ceph    name=<username>,secretfile=<keyfile>,noatime,_netdev      0 0
```

Sehr viele weitere Einstellungen und sehr differenzierte Berechtigungen sind möglich. Siehe [Client-Auth](https://docs.ceph.com/en/latest/cephfs/client-auth/).

### CephFS mit Erasurecode-Pool nutzen

Es kann, aufgrund des geringeren Speicherplatzbedarfs, sinnvoll sein, für den
CephFS-Pool einen Erasurecode-Pool zu verwenden. Dies ist nur für den
Datenpool möglich, der Metadatenpool muss immer ein replizierter Pool sein.

``` bash

# Zu CephFS hinzufügen
ceph fs add_data_pool cephfs cephfs_ec_data

```

Auf dem Client im (als client.admin) gemounteten Filesystem:

``` bash
# Unterverzeichnis anlegen
mkdir ec

# Verzeichnis an neuen Pool binden
setfattr -n ceph.dir.layout.pool -v cephfs_ec_data ec

```


### VM-Disk vs. gemountetes CephFS
Man kann statt eine VM-Disk anzulegen auch ein CephFS direkt mounten. Dies hat verschiedene Vor- und Nachteile.

| Eigenschaft                                    | Disk                              | Mount                             |
| ---------------------------------------------- | --------------------------------- | --------------------------------- |
| einfachere Einrichtung                         | :material-check-circle:{ .green } | :material-close-circle:{ .red }   |
| Backup in Proxmox möglich                      | :material-check-circle:{ .green } | :material-close-circle:{ .red }   |
| als Systemlaufwerk nutzbar                         | :material-check-circle:{ .green } | :material-close-circle:{ .red }   |
| Nutzung von verschiedenen Clients gleichzeitig | :material-close-circle:{ .red }   | :material-check-circle:{ .green } |
| "unbegrenztes" Wachstum             | :material-close-circle:{ .red }   | :material-check-circle:{ .green } |
| geringfügig höhere Geschwindigkeit             | :material-close-circle:{ .red }   | :material-check-circle:{ .green } |

## Fußnoten
[^1]: Native ZFS-Verschlüsselung mit Proxmox: [Quelle](https://gist.github.com/yvesh/ae77a68414484c8c79da03c4a4f6fd55)