一、Ceph概述
1、Ceph简介
Ceph是可靠的、可扩展的、统一的、分布式存储系统。Ceph可以同时提供对象存储RADOSGW（Reliable Autonomic Distributed Object Strorage Gateway）、块存储RBD（Rados Block Device）、文件系统存储CephFS（Ceph FileSystem) 3种功能，以满足不同需求。
Ceph消除了对系统单一中心节点的依赖，从而实现可真正的无中心节点结果的设计思想，这种设计思想是其他分布式存储系统所不能相比的。
Ceph之所以能那么火，与OpenStack有莫大的关系；OpenStack是目前比较流行的开源云管理平台；OpenStack与Ceph的集成已成为开源云平台的标配。
2、Ceph设计思想：
- 每个组件可线性扩展
- 无任何单点故障
- 解决方案必须是基于软件的、开源的、适应性强的
- 运行在现有商业硬件之上，商业硬件一般是指x86服务器
- 每个组件必须尽可能拥有自我管理和自我修复功能
可线性扩展指的是可以灵活的应对集群伸缩。这里可以指两方面：
1、指集群的存储容量可以伸缩、可以任意添加、删除存储节点和存储设备；
2、指系统的性能随集群的扩充而线性增加。
3、Ceph的发展史
Ceph的创始人是Sage Weil
2004年 Ceph项目诞生并提交了第一行代码
2006年Sage发表Ceph论文，并提供了项目下周链接
2010年Linus Torvalds将Ceph Client合并到内核2.6.34中，使Linux与Ceph磨合度更高
2012年投入OpenStack怀抱，进入Cinder项目，使其成为重要的存储驱动
2014年Ceph正赶上OpenStack的大浪潮；被Red Hat公司收购
2015年RedHat成立Ceph顾问委员会；Ceph顾问委员会负责定义存储项目的广泛议题，目标是使Ceph成为云存储系统
2016年OpenStack社区调查报告公布，Ceph任为存储首选。
4、Ceph应用场景
Ceph可以提供对象存储、块设备存储和文件系统存储，其对象存储可以对接网盘应用业务；其块设备可以对接IaaS云平台软件。IaaS云平台软件包括：OpenStack、CloudStack、Zstack等；其文件系统存储目前还未成熟，官方不建议在生产环境中使用。
5、Ceph生态圈
Ceph作为开源项目，遵循LGPL协议，使用C++语言开发 目前Ceph社区超过40个公司上百名开发者贡献代码。
6、Ceph发行版本
Ceph正处于持续开发、快速发展中。2012年7月3日 发布第一个LTS版本，此后陆续发布了9个新版本。ceph版本被分为LTS（长期稳定版）以及开发版。ceph每隔一段时间就会发布一个长期稳定版。版本发行如下表：
目前最新版本为12.1
二、功能组件
Ceph提供了RADOS、OSD、MON、LIBRADOS、RBD、RGW和CephFS等功能组件；组件架构如下图所示：
根据上面组件架构图从上往下对各个组件进行逐一介绍：
由于Ceph是一个统一的分布式存储系统，因此它包含了不同的客户端接口，主要体现在这3种功能形式：块存储（RBD）、对象存储（RGW）、文件系统（CephFS）；每一个功能其接口方式也不一样。
1、RBD（块存储服务）
RBD是Ceph存储中的块设备，用于提供持久存储；它是自动精简模式并可以调整大小的，数据分散存储在多个OSD上。RBD服务已经被封装到成基于Librados的一个原生接口。
RBD（Rados Block Device)是通过Librbd库对应用提供块存储，主要用途是为云平台环境中的虚拟机提供虚拟磁盘；传统SAN存储就是块存储，通过iSCSI或者FC接口给应用提供独立的LUN或者Volume。因此RBD与存储SAN存储类似，都是提供块级别的访问模式。
目前RBD主要提供了两种接口方式：一种是直接在用户态模式实现，通过QEMU驱动为KVM虚拟机使用；另一种则是在Linux操作系统内核加载了RBD内核模块，可以通过该模块可以把RBD设备直接映射给物理服务，使物理服务器直接对RBD块设备进行读写操作。
RBD设备一般主要用作虚拟机的虚拟硬盘，因此对I/O的要求同物理磁盘是一致的；要求能应付大文件的读写，也能处理好小文件的读写。因此RBD设备既要求有较好的随机I/O；又要求有较好的顺序I/O；同时根据不同应用需求对响应延时也有较高的要求。
2、RGW（对象存储网关）
RadosGW基于Librados提供了Amazon S3接口和OpenStack Swift接口兼容的对象存储接口。可以简单的理解为文件或者对象的上传、下载需求。RadosGW客户端接有两个特点：
1、提供RESTful Web API接口
这种方式提供了简单的GET、PUT、DEL等其他接口，可对对应的对象文件进行上传、下载、删除、查询等操作，因此对象存储的I/O访问模型都是顺序I/O。
2、采用扁平的数据组织形式
在描述扁平数据组织形式前先了解一下传统NAS存储的组织模式，NAS存储提供给应用的是一个文件系统或者是一个文件夹，如：ZFS文件系统;NFS\CIFS服务都是提供的文件夹的形式。其本质上是一个层级化的树状存储组织模式，其层级和规模程度理论上看来是不受限制的。
然而随着存储系统规模逐渐扩大，特别是处于当下的云存储时代，其扩展性的缺点就暴露出来了。与传统NAS存储相比，对象存储放弃目录树结构，而采用了扁平化组织结构（一般为3级组织结构），采用这种组织结构有利于实现存储容量的横向扩展。
Amazon对象存储
谈到对象存储不得不提及Amazon在云存储领域的影响力，Amazon的S3接口已经成为对象存储的标准接口。它的结构如下图：
通过上面的图可以看出存储架构分为了3个层级分别为：Account、Bucket、Object其意思：账户、桶、对象
一个Account可以看作一个用户或者租户，下面包含N个Bucket；而一个Bucket拥有N个对象，且数量不受限制。
OpenStack对象存储
OpenStack在云计算领域广泛应用，其对象存储接口为Swift，同样也采用3级存储模式：Account、Container、Object（账户、容器、对象）；每层节点数量均没有限制。Swift接口和S3接口类似。Swift中的Container对应S3中的Bucket概念，别的没有太大区别。
3、CephFS
CephFS通过在RADOS基础上增加了MDS（Metadata Server）来提供文件存储。它提供了libcephfs库和标准的POSIX文件接口。相比CephFS类似NAS存储，通过NFS、CIFS协议提供文件系统或者文件目录服务，目前稳定性还有待提升，可用于生成环境的最新版本Jewel版本的CephFS为主从模式的元数据服务器。
4、Librados
Librados库为PHP、Ruby、Java、Python、C和C++这些编程语言提供了访问接口。
5、RADOS
RADOS是ceph存储系统的基石，是一个可扩展、稳定的、自我管理的、自我修复的对象存储系统，是ceph存储系统的核心。主要包含这些功能：
1、通过CRUSH算法实现对象的寻址过程，完成对象的读写以及其他数据功能
2、通过Monitor模块为整个存储集群提供全局的配置和系统信息
3、提供数据均衡功能
4、通过Peering过程完成一个PG达成数据一致性过程
5、提供数据自动恢复功能
6、提供克隆、快照功能
7、提供对象分层存储功能
8、实现了数据一致性检查工具Scrub
6、Moniter(MON)
Ceph Moniter是一个独立部署的Daemon进程，通过保存一份集群状态映射来维护整个集群的健康状态。它为每个组件维护隐射信息，其中包含OSDmap、MONmap、PGmap、CRUSHmap。所有集群节点都向MON节点汇报状态信息，并分享他们的状态信息；Monitor集群通过Paxos算法实现了自己数据的一致性。
Cluster Map保存了系统的全局信息：
Monitor Map
包括集群fsid
所有Monitor的地址和端口
Current epoch
OSD Map:所有OSD的列表和OSD状态
MDS Map：所有MDS的列表和状态
7、MDS（Metadata Server）
主要保存的是Ceph文件系统的元数据。Ceph MDS基于POSIX文件系统的用户提供了基础命令。
三、设计思想
Ceph设计思想
透过ceph设计思想可以得出ceph的技术特性，总体表现在：集群可靠性、集群扩展性、数据安全性、接口统一性这个四个方面。
集群可靠性
首先从用户角度来数据安全是第一位的，要尽可能保证数据不会丢失；其次就是数据写入过程中的可靠性，在用户数据写入Ceph存储系统的过程中，不会因意外情况导致数据丢失。最后是降低不可控物理因素的可靠性，避免因机器断电等因素产生的数据丢失。
集群可扩展性
即包括系统规模、存储容量的可扩展，同时也包括随着系统、节点的聚合数据访问带宽线性扩展。
数据安全性
首先保证由于服务器死机或者停电等因素不会导致数据丢失，并且支持数据自动恢复，自动平衡。即保证了系统的高度可靠和数据的安全，又保证了在系统规模扩大之后运维难度保持在相对低的水平。
接口统一
在前面的章节已经给出答案了，Ceph目前可以支持3种类型存储接口：块存储、对象存储、文件系统存储。
设计思想归纳
根据前面介绍ceph存储系统设计思想主要体现两大点：
1、发挥存储硬件自身计算能力，充分理由硬件资源，减少投资浪费
2、去中心点，增强可靠性、消除单点故障。