Ceph分布式存储实践应用之概述

1. 背景

Ceph是一个去中心化的分布式存储系统， 提供较好的性能、可靠性和可扩展性。Ceph项目最早起源于Sage就读博士期间的工作（最早的成果于2004年发表），并随后贡献给开源社区， 遵循LGPL协议。在经过了数年的发展之后，目前已得到众多云计算厂商（OpenStack、CloudStack、OpenNebula、Hadoop）的支持并被广泛应用。

2. 介绍

Ceph是一个可靠、自动重均衡、自动恢复的分布式存储系统，根据场景划分可以将Ceph分为三大块，分别是对象存储、块设备和文件系统服务。

Ceph的主要优点是分布式存储，在存储每一个数据时，都会通过计算得出该数据存储的位置，尽量将数据分布均衡，不存在传统的单点故障的问题，可以水平扩展。

Ceph存储集群至少需要一个Ceph Monitor和两个OSD守护进程。而运行Ceph文件系统客户端时，则必须要有元数据服务器（Metadata Server）。

3. 说明

不管是为云平台，提供Ceph 对象存储或 Ceph 块设备，还是想部署一个Ceph 文件系统，所有 Ceph 存储集群的部署都始于一个个 Ceph 节点、网络和 Ceph 存储集群。 Ceph 存储集群至少需要一个 Ceph Monitor 和两个 OSD 守护进程。而运行 Ceph 文件系统客户端时，则必须要有元数据服务器（ Metadata Server ）。

• Ceph OSDs: Ceph OSD 守护进程的功能是存储数据，处理数据的复制、恢复、回填、再均衡，并通过检查其他OSD 守护进程的心跳来向 Ceph Monitors 提供一些监控信息。当 Ceph 存储集群设定为有2个副本时，至少需要2个 OSD 守护进程，集群才能达到 active+clean 状态（ Ceph 默认有3个副本，也可以调整副本数）。
• Monitors: Ceph Monitor维护着展示集群状态的各种图表，包括监视器图、 OSD 图、归置组（ PG ）图、和 CRUSH 图。 Ceph 保存着发生在Monitors 、 OSD 和 PG上的每一次状态变更的历史信息（称为 epoch ）。
• MDSs: Ceph 元数据服务器（ MDS ）为 Ceph 文件系统存储元数据。元数据服务器使得 POSIX 文件系统的用户们，可以在不对 Ceph 存储集群造成负担的前提下，执行诸如 ls、find 等基本命令。

Ceph 把客户端数据保存为存储池内的对象。通过使用 CRUSH 算法， Ceph 可以计算出哪个归置组（PG）应该持有指定的对象(Object)，然后进一步计算出哪个 OSD 守护进程持有该归置组。 CRUSH 算法使得 Ceph 存储集群能够动态地伸缩、再均衡和修复。

4. 特点

Ceph适合跨集群的小文件存储， 拥有以下特点：

• 高性能

  Client和Server直接通信， 不需要代理和转发；

  Client不需要负责副本的复制， 有Primary主节点负责， 这样可以有效降低clien网络的消耗;

  采用CRUSH算法，数据分布均衡，并行度高，支持上千个存储节点， 支持TB及PB级数据。

• 高可用性

  数据多副本， 支持故障域分隔，数据强一致性；

  没有单点故障，较好的容错性， 有效支撑各种故障场景；

  支持所有故障的检测和自动恢复，可以做到自动化管理；

  支持并行恢复，能够极大的降低数据恢复市价， 提高数据的可靠性。

• 高扩展性

  高度并行化设计，没有单个中心控制组件，所有负载都能动态的划分到各个服务器上。

  去中心化、灵活、随节点增加线性增长。

• 场景丰富

  支持三种存储接口类型: 块存储、文件存储、对象存储。 同时支持自定义接口，C++为底层实现， 兼容多种语言。

  • 块存储： 将磁盘空间映射给主机使用， 适用 docker容器、虚拟机磁盘存储分配；日志存储， 文件存储。

  • 文件存储： 解决块存储无法共享问题， 在服务器架设FTP和NFS服务器，适用目录结构的存储、日志存储等。

  • 对象存储： 大容量硬盘， 安装存储管理软件， 对外提供读写访问能力， 具备块存储的高速读写能力， 也具备文件存储共享的特性； 适用图片存储或视频存储。

5. 分布式存储系统横纵对比

对比说明	TFS	FASTDFS	MooseFS	GlusterFS	CEPH
开发语言	C++	C	C	C	C++
数据存储方式	块	文件/Trunk	块	文件/块	对象/文件/块
在线扩容	支持	支持	支持	支持	支持
冗余备份	支持	支持	支持	支持	支持
单点故障	存在	不存在	存在	不存在	不存在
易用性	安装复杂，官方文档少	安装简单，社区相对活跃	安装简单，官方文档多	安装简单，官方文档专业化	安装简单，官方文档专业化
适用场景	跨集群的小文件	单集群的中小文件	单集群的大中文件	跨集群云存储	单集群的大中小文件

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