Ceph简单介绍

1 存储简单介绍

​ 在可靠性、安全性和可扩展性的聚焦下，集中式存储存放了所有数据，存储服务器成为系统性能的瓶颈，不能满足大规模存储应用的需要。分布式存储系统采用可扩展的系统结构，利用多台存储服务器分担存储负荷，不但提高了系统的可靠性、可用性和存取效率，还易于扩展。
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1 Ceph概况

​ Ceph是当前非常流行的开源分布式存储系统，具有高扩展性、高性能、高可靠性等优点，同时提供块存储服务(rbd)、对象存储服务(rgw)以及文件系统存储服务(cephfs)，Ceph在存储的时候充分利用存储节点的计算能力，在存储每一个数据时都会通过计算得出该数据的位置，尽量的分布均衡。

1.1 为什么要用Ceph

  • 在过去几年中，数据存储需求急剧增长，传统的存储系统无法管理这样的数据增长；而ceph可支持到PB、EB级别数据
  • 软件定义存储(SDS):降低存储成本，提升灵活性、高性能、可伸缩性和可靠性(原则上可以不做raid，但是从硬盘热更换和数据安全性考虑，还是建议做)
  • 对云存储支持：openstack后端存储的标配，同时支持k8s动态存储；

1.2 Ceph特点

  • 高性能
    a. 摒弃了传统的集中式存储元数据寻址的方案，采用CRUSH算法，数据分布均衡，并行度高
    b.考虑了容灾域的隔离，能够实现各类负载的副本放置规则，例如跨机房、机架感知等
    c. 能够支持上千个存储节点的规模，支持TB到PB级的数据
  • 高可扩展性
    a. 去中心化
    b. 扩展灵活
    c. 随着节点增加而线性增长
  • 特性丰富
    a. 支持三种存储接口：块存储、文件存储、对象存储
    b. 支持自定义接口，支持多种语言驱动

2 Ceph架构

2.1 设计思想

​ 集群可靠性、集群可扩展性、数据安全性、接口统一性、充分发挥存储设备自身的计算能力、去除中心化

2.2 架构介绍

​ Ceph使用RADOS提供对象存储，通过librados封装库提供多种存储方式的文件和对象转换。外层通过RGW（Object）、RBD（Block）、CephFS（File）将数据写入存储。

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2.3 支持三种接口

  • Object(RGW)：有原生的API，而且也兼容Swift和S3的API，适合单客户端使用。
  • Block(RBD)：支持精简配置、快照、克隆，适合多客户端有目录结构。
  • File(CephFS)：、Posix接口，支持快照，社会和更新变动少的数据，没有目录结构不能直接打开

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3 重要概念

3.1 核心组件

  • Monitor
    一个Ceph集群需要多个Monitor组成的小集群，它们通过Paxos同步数据，用来保存OSD的元数据。负责监视整个Ceph集群运行的Map视图（如OSD Map、Monitor Map、PG Map和CRUSH Map），维护集群的健康状态，维护展示集群状态的各种图表，管理集群客户端认证与授权；

  • OSD
    OSD是负责物理存储的进程，一般配置成和磁盘一一对应，一块磁盘启动一个OSD进程。主要功能是存储数据、复制数据、平衡数据、恢复数据，以及与其它OSD间进行心跳检查，负责响应客户端请求返回具体数据的进程等；

  • MDS
    MDS全称Ceph Metadata Server，是CephFS服务依赖的元数据服务。负责保存文件系统的元数据，管理目录结构。对象存储和块设备存储不需要元数据服务；

  • RBD
    RBD全称RADOS block device，是Ceph对外提供的块设备服务。

  • RGW
    RGW全称RADOS gateway，是Ceph对外提供的对象存储服务，接口与S3和Swift兼容。

  • CephFS
    CephFS全称Ceph File System，是Ceph对外提供的文件系统服务。

3.2 核心概念

  • Object
    Ceph最底层的存储单元是Object对象，每个Object包含元数据和原始数据。简单来说块存储读写快，不利于共享，文件存储读写慢，利于共享。能否弄一个读写快，利 于共享的出来呢。于是就有了对象存储。

  • PG
    PG（ placement group）是一个放置策略组，它是对象的集合，该集合里的所有对象都具有相同的放置策略，简单点说就是相同PG内的对象都会放到相同的硬盘上，PG是 ceph的逻辑概念，服务端数据均衡和恢复的最小粒度就是PG，一个PG包含多个OSD。引入PG这一层其实是为了更好的分配数据和定位数据；

  • RADOS
    RADOS全称Reliable Autonomic Distributed Object Store，是Ceph集群的精华，用户实现数据分配、Failover等集群操作。

  • Libradio
    Librados是Rados提供库，因为RADOS是协议很难直接访问，因此上层的RBD、RGW和CephFS都是通过librados访问的，目前提供PHP、Ruby、Java、Python、C和C++支持。

  • CRUSH
    Crush算法是Ceph的两大创新之一，通过Crush算法的寻址操作，Ceph得以摒弃了传统的集中式存储元数据寻址方案。而Crush算法在一致性哈希基础上很好的考虑了容灾域的隔离，使得Ceph能够实现各类负载的副本放置规则，例如跨机房、机架感知等。同时，Crush算法有相当强大的扩展性，理论上可以支持数千个存储节点，这为Ceph在大规模云环境中的应用提供了先天的便利。

4 Ceph三种存储类型

4.1 块存储（RBD）

  • 优点：
    • 通过Raid与LVM等手段，对数据提供了保护；
    • 多块廉价的硬盘组合起来，提高容量；
    • 多块磁盘组合出来的逻辑盘，提升读写效率；
  • 缺点：
    • 采用SAN架构组网时，光纤交换机，造价成本高；
    • 主机之间无法共享数据；
  • 使用场景
    • docker容器、虚拟机磁盘存储分配；
    • 日志存储；
    • 文件存储；

4.2 文件存储（CephFS）

  • 优点：
    • 造价低，随便一台机器就可以了；
    • 方便文件共享；
  • 缺点：
    • 读写速率低；
    • 传输速率慢；
  • 使用场景
    • 日志存储；
    • FTP、NFS；
    • 其它有目录结构的文件存储

4.3 对象存储（Object）(适合更新变动较少的数据)

  • 优点：

    • 具备块存储的读写高速；
    • 具备文件存储的共享等特性；
  • 使用场景
    • 图片存储；
    • 视频存储；