Ceph：一個新時代的開始

 開放性、可擴充性和可靠性，使Ceph 成為了存儲行業中的翹楚。這是雲計算和軟體定義基礎設施的時代，我們需要一個完全軟體定義的存儲，更重要的是它要為雲做好了準備。無論你運作的是公有雲、私有雲還是混合雲，Ceph 都非常合适。 

    目前Ceph 是一種已經震撼了整個存儲行業的最熱門的軟體定義存儲技術。它是一個開源項目，為塊存儲、檔案存儲和對象存儲提供了統一的軟體定義解決方案。Ceph 旨在提供一個擴充性強大、性能優越且無單點故障的分布式存儲系統。從一開始，Ceph 就被設計為能在通用商業硬體上運作，并且支援高度擴充（逼近甚至超過艾位元組的數量）。 

    如今的軟體系統非常智能，已經可以最大限度地利用商業硬體來運作規模龐大的基礎設施。Ceph 就是其中之一；它明智地采用商業硬體來提供企業級穩固可靠的存儲系統。 

    Ceph 已被不斷完善，并融入以下建設性理念： 

    每個元件能夠線性擴充 

    無任何單故障點 

    解決方案必須是基于軟體的、開源的、适應性強的 

    運作于現有商業硬體之上 

    每個元件必須盡可能擁有自我管理和自我修複能力 

    對象是Ceph 的基礎，也是Ceph 的建構部件，并且Ceph 的對象存儲很好地滿足了當下及将來非結構化資料存儲需求。相比傳統存儲解決方案，對象儲存有其獨特優勢；我們可以使用對象存儲實作平台和硬體獨立。Ceph 謹慎地使用對象，通過在叢集内複制對象來實作可用性；在Ceph 中，對象不依賴于實體路徑，這使其獨立于實體位置。這種靈活性使Ceph 能實作從PB（petabyte）級到EB（exabyte）級的線性擴充。 

    Ceph 性能強大，具有超強擴充性及靈活性。它可以幫助使用者擺脫昂貴的專有存儲孤島。Ceph 是真正的在商業硬體上運作的企業級存儲解決方案，是一個低成本但功能豐富的存儲系統。Ceph 通用存儲系統同時提供塊存儲、檔案存儲和對象存儲，使客戶可以按需使用。 

資料存儲需求在過去的幾年中爆發性增長。研究表明，大型組織中的資料每年以40%到60%的速度增長，許多公司的資料規模每年會增加一倍。IDC 分析師估計，2000 年全球共有數字資料54.4 艾位元組（Exabyte）；到2007 年，達到295 艾位元組；到2020 年，有望達到44 澤位元組（Zettabyte）。傳統存儲系統無法應對這種資料增速，我們需要像Ceph 這樣的分布式可擴充系統，而且最重要的是它經濟實惠。Ceph 專門用來應對當今以及将來的資料存儲需求。

SDS（軟體定義存儲） 

SDS 可以降低你存儲基礎設施的TCO （Total Cost of Ownership，總體擁有成本）。除降低存儲成本外，SDS 還具有靈活性、可擴充性和可靠性。Ceph 是一個真正的SDS 方案，它運作在無廠商鎖定的商業硬體之上，并使每GB 資料存儲成本降至很低。不像傳統存儲 

系統硬體必須和軟體綁定在一起，在SDS 中，你可以自由地從任何制造商那裡選擇商業硬 

件，可随意按自己的需要設計異構的硬體解決方案。Ceph 基于這些硬體，通過軟體定義存儲的方法來全方位地滿足你的各種需求，并在軟體層中提供了所有企業級存儲特性。

雲存儲 

    雲基礎設施的難點之一是存儲。每一個雲基礎設施都需要可靠的、低成本、可擴充、與雲其他子產品相比更緊密內建的存儲系統。有很多号稱雲就緒的傳統存儲解決方案已經在市場上出現了，但如今我們的存儲不僅要能夠與雲系統結合，還有很多其他需求。我們需要能和雲系統完全內建、可提供更低TCO 且具有完全可靠性和可擴充性的存儲系統。雲系統是軟體定義的，建立在商業硬體之上；類似地，雲所需要的存儲系統也必須采用同樣方式，也就是基于商業硬體以及軟體定義，而Ceph 是雲存儲的最佳選擇。 

    Ceph 已迅速發展，并逐漸成為真正的雲存儲後端。它已入駐各個大型開源雲平台，比如OpenStack、CloudStack 和OpenNebula。此外，Ceph 已成功與雲計算廠商如Red Hat、Canonical、Mirantis、SUSE 等建立互利夥伴關系。這些公司正幫助Ceph 經曆重要時刻，包括使其作為他們Openstack 雲平台的指定存儲後端，這些都正逐漸使Ceph 成為雲存儲技術領域中炙手可熱的技術。 

    OpenStack 開源項目是公有雲和私有雲領域的最佳範例之一。它已經被證明是一個純粹的開源雲解決方案。 OpenStack 包含很多項目，如Cinder、Glance 和Swift，可為OpenStack提供存儲功能。這些OpenStack 元件需要具備像Ceph 這樣可靠、可擴充、統一內建的存儲後端。出于這個原因，OpenStack 和Ceph 社群已經在一起合作很多年，開發了完全相容OpenStack 的Ceph 存儲後端。 

基于Ceph 的雲基礎設施提供了服務供應商急需的靈活性，來建立存儲即服務和基礎設施即服務的解決方案。這是他們無法從其他傳統企業存儲解決方案中獲得的，因為這些方案并不旨在滿足雲計算需求。通過使用Ceph，服務提供商可以提供低成本的可靠的雲存儲給他們的客戶。

統一的下一代存儲架構 

    近來，統一存儲的定義已經發生變化。幾年前，所謂“統一存儲”指的是由一個單一的系統來提供檔案存儲和塊存儲。現在，因為最近的技術進步，例如雲計算、大資料、物聯網，新類型的存儲一直在演變，對象存儲也随之出現。是以，所有不支援對象存儲的存儲系統都不是真正的統一存儲解決方案。真正的統一存儲是像Ceph 這樣的——能在一個系統中統一地提供塊存儲、檔案存儲和對象存儲。 

在Ceph 中，“統一存儲”這個概念比現有存儲廠商所宣稱的更有意義。從設計上，Ceph已經完全為未來做好了準備，被構造為能夠處理海量資料。我們強調Ceph“為未來做好了準備”，是特指其對象存儲功能，它比塊存儲和檔案存儲更适合當今的非結構化資料。Ceph不僅支援塊存儲和檔案存儲，更重要的是可以基于對象來實作塊存儲和檔案存儲。對象通過消除中繼資料操作來提供更好的性能和極大的擴充。Ceph 使用算法來動态地計算對象應當被儲存和擷取的位置。 

    SAN 和NAS 系統的傳統存儲架構是非常局限的。基本上，它們具有傳統控制節點的高可用性，也就是說，一個存儲控制節點出現故障後，将從第二個控制節點提供資料。但是，如果第二個控制節點同時出現故障呢？甚至更糟糕的情況，如果整個磁盤櫃發生故障呢？在大多數情況下，最終會丢失資料。這種存儲架構無法承受多次故障，是以絕對不是我們想要的。傳統存儲系統的另一個缺點是其資料存儲和通路機制。它擁有一個中心中繼資料查找表，每次在用戶端發送一個讀寫操作請求後，存儲系統首先在巨大的中繼資料表中進行查找，在确定實際資料的位置後再執行用戶端操作。對于較小的存儲系統，你可能不會注意到性能問題，但對于一個大型存儲叢集，你一定會被這種方法的性能限制限制，它甚至會限制你的可擴充性。 

    Ceph 不拘泥于這樣的傳統存儲架構；事實上，它的架構已經完全被革新了。它不再存儲和進行中繼資料，而是引入了一個新的方法：即CRUSH（Controlled Replication UnderScalable Hashing）算法。CRUSH 表示資料存儲的分布式選擇算法。CRUSH 算法取代了在中繼資料表中為每個用戶端請求進行查找，它計算系統中資料應該被寫入或讀出的位置。通過計算中繼資料，就不再需要管理中繼資料表了。現代計算機速度驚人，可以非常迅速地執行CRUSH 查找。此外，其計算量通常不大，還可以分布到叢集的多個節點上。除此之外，CRUSH 還獨具基礎架構感覺功能。它能了解基礎設施各個部件之間的關系。CRUSH儲存資料的多個副本，這樣即使一個故障域的幾個元件都出現故障，資料依然可用。正是得益于CRUSH 算法，Ceph 可以處理多個元件故障，以保證可靠性和持久性。 

CRUSH 算法使Ceph 實作了自我管理和自我修複。在一個故障域内某元件發生故障時，CRUSH 能感覺到是哪個元件出了故障，并判斷該故障對叢集的影響。在沒有任何管理幹預情況下，CRUSH 自我管理并通過恢複因故障丢失的資料而自愈。CRUSH 從叢集所維護的副本中重新産生資料。如果你已經正确配置了Ceph CRUSH map，它就會確定你的資料至少有一個副本始終可以通路。通過使用CRUSH，我們能設計出一個無單一故障點的高度可靠的存儲基礎設施。它使Ceph 成了一個面向未來的高可擴充和高可靠的存儲系統。 

    Ceph 架構概述 

    Ceph 内部架構非常直接，下圖将幫助我們了解： 

    Ceph monitor（螢幕，簡稱MON）：Ceph monitor 通過儲存一份叢集狀态映射來維護整個叢集的健康狀态。它分别為每個元件維護映射資訊，包括OSD map、MONmap、PG map（會在後面的章節中讨論）和CRUSH map。所有群集節點都向MON節點彙報狀态資訊，并分享它們狀态中的任何變化。Ceph monitor 不存儲資料；這是OSD 的任務。 

    Ceph 對象儲存設備（OSD）：隻要應用程式向Ceph 叢集發出寫操作，資料就會被以對象形式存儲在OSD 中。這是Ceph 叢集中唯一能存儲使用者資料的元件，同時使用者也可以發送讀指令來讀取資料。通常，一個OSD 守護程序會被捆綁到叢集中的一塊實體磁盤上。是以，在通常情況下，Ceph 叢集中的實體磁盤的總數，與在磁盤上運作的存儲使用者資料的OSD 守護程序的數量是相同的。 

    Ceph 中繼資料伺服器（MDS）：MDS 隻為CephFS 檔案系統跟蹤檔案的層次結構和存儲中繼資料。Ceph 塊裝置和RADOS 并不需要中繼資料，是以也不需要Ceph MDS守護程序。MDS 不直接提供資料給用戶端，進而消除了系統中的故障單點。 

    RADOS（Reliable Autonomic Distributed Object Store）：RADOS 是Ceph 存儲叢集的基礎。在Ceph 中，所有資料都以對象形式存儲，并且無論是哪種資料類型，RADOS 對象存儲都将負責儲存這些對象。RADOS 層可以確定資料始終保持一緻。

    要做到這一點，須執行資料複制、故障檢測和恢複，以及資料遷移和在所有叢集節點實作再平衡。 

librados：librados 庫為PHP、Ruby、Java、Python、C 和C++這些程式設計語言提供了友善地通路RADOS 接口的方式。同時它還為諸如RBD、RGW 和CephFS 這些元件提供了原生的接口。Librados 還支援直接通路RADOS 來節省HTTP 開銷。 

    RADOS 塊裝置（RBD）：衆所周知，RBD 是Ceph 塊裝置，提供持久塊存儲，它是自動精簡配置并可調整大小的，而且将資料分散存儲在多個OSD 上。RBD 服務已經被封裝成了基于librados 的一個原生接口。 

    RADOS 網關接口（RGW）：RGW 提供對象存儲服務。它使用librgw（Rados Gateway Library）和librados，允許應用程式與Ceph 對象存儲建立連接配接。RGW 提供了與Amazon S3 和OpenStack Swift 相容的RESTful API。 

    CephFS：Ceph 檔案系統提供了一個使用Ceph 存儲叢集存儲使用者資料的與POSIX相容的檔案系統。和RBD、RGW 一樣，CephFS 服務也基于librados 封裝了原生接口。 

本文轉自    OpenStack2015 部落格，原文連結：      http://blog.51cto.com/andyliu/1858158  如需轉載請自行聯系原作者