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        Ceph:一個新時代的開始

        文章來源:本站 發布時間:2016-09-01 點擊數:

        小編說:開放性、可擴展性和可靠性,使Ceph 成為了存儲行業中的翹楚。這是云計算和軟件定義基礎設施的時代,我們需要一個完全軟件定義的存儲,更重要的是它要為云做好了準備。無論你運行的是公有云、私有云還是混合云,Ceph 都非常合適。

        目前Ceph 是一種已經震撼了整個存儲行業的最熱門的軟件定義存儲技術。它是一個開源項目,為塊存儲、文件存儲和對象存儲提供了統一的軟件定義解決方案。Ceph 旨在提供一個擴展性強大、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件上運行,并且支持高度擴展(逼近甚至超過艾字節的數量)。

        如今的軟件系統非常智能,已經可以最大限度地利用商業硬件來運行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件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:

        每個組件能夠線性擴展

        無任何單故障點

        解決方案必須是基于軟件的、開源的、適應性強的

        運行于現有商業硬件之上

        每個組件必須盡可能擁有自我管理和自我修復能力

        對象是Ceph 的基礎,也是Ceph 的構建部件,并且Ceph 的對象存儲很好地滿足了當下及將來非結構化數據存儲需求。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現平臺和硬件獨立。Ceph 謹慎地使用對象,通過在集群內復制對象來實現可用性;在Ceph 中,對象不依賴于物理路徑,這使其獨立于物理位置。這種靈活性使Ceph 能實現從PB(petabyte)級到EB(exabyte)級的線性擴展。

        Ceph 性能強大,具有超強擴展性及靈活性。它可以幫助用戶擺脫昂貴的專有存儲孤島。Ceph 是真正的在商業硬件上運行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、文件存儲和對象存儲,使客戶可以按需使用。

        數據存儲需求在過去的幾年中爆發性增長。研究表明,大型組織中的數據每年以40到60的速度增長,許多公司的數據規模每年會增加一倍。IDC 分析師估計,2000 年全球共有數字數據54.4 艾字節(Exabyte);到2007 年,達到295 艾字節;到2020 年,有望達到44 澤字節(Zettabyte)。傳統存儲系統無法應對這種數據增速,我們需要像Ceph 這樣的分布式可擴展系統,而且最重要的是它經濟實惠。Ceph 專門用來應對當今以及將來的數據存儲需求。

        SDS(軟件定義存儲)

        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、可擴展性和可靠性。Ceph 是一個真正的SDS 方案,它運行在無廠商鎖定的商業硬件之上,并使每GB 數據存儲成本降至很低。不像傳統存儲

        系統硬件必須和軟件綁定在一起,在SDS 中,你可以自由地從任何制造商那里選擇商業硬

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

        云存儲

        云基礎設施的難點之一是存儲。每一個云基礎設施都需要可靠的、低成本、可擴展、與云其他模塊相比更緊密集成的存儲系統。有很多號稱云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云系統結合,還有很多其他需求。我們需要能和云系統完全集成、可提供更低TCO 且具有完全可靠性和可擴展性的存儲系統。云系統是軟件定義的,建立在商業硬件之上;類似地,云所需要的存儲系統也必須采用同樣方式,也就是基于商業硬件以及軟件定義,而Ceph 是云存儲的最佳選擇。

        Ceph 已迅速發展,并逐步成為真正的云存儲后端。它已入駐各個大型開源云平臺,比如OpenStack、CloudStack 和OpenNebula。此外,Ceph 已成功與云計算廠商如Red Hat、Canonical、Mirantis、SUSE 等建立互利伙伴關系。這些公司正幫助Ceph 經歷重要時刻,包括使其作為他們Openstack 云平臺的指定存儲后端,這些都正逐漸使Ceph 成為云存儲技術領域中炙手可熱的技術。

        OpenStack 開源項目是公有云和私有云領域的最佳范例之一。它已經被證明是一個純粹的開源云解決方案。 OpenStack 包含很多項目,如Cinder、Glance 和Swift,可為OpenStack提供存儲功能。這些OpenStack 組件需要具備像Ceph 這樣可靠、可擴展、統一集成的存儲后端。出于這個原因,OpenStack 和Ceph 社區已經在一起合作很多年,開發了完全兼容OpenStack 的Ceph 存儲后端。

        基于Ceph 的云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云計算需求。通過使用Ceph,服務提供商可以提供低成本的可靠的云存儲給他們的客戶。

        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文件存儲和塊存儲,F在,因為最近的技術進步,例如云計算、大數據、物聯網,新類型的存儲一直在演變,對象存儲也隨之出現。因此,所有不支持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、文件存儲和對象存儲。

        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數據。我們強調Ceph“為未來做好了準備”,是特指其對象存儲功能,它比塊存儲和文件存儲更適合當今的非結構化數據。Ceph不僅支持塊存儲和文件存儲,更重要的是可以基于對象來實現塊存儲和文件存儲。對象通過消除元數據操作來提供更好的性能和極大的擴展。Ceph 使用算法來動態地計算對象應當被儲存和獲取的位置。

        SAN 和NAS 系統的傳統存儲架構是非常局限的;旧,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后,將從第二個控制節點提供數據。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,如果整個磁盤柜發生故障呢?在大多數情況下,最終會丟失數據。這種存儲架構無法承受多次故障,因此絕對不是我們想要的。傳統存儲系統的另一個缺點是其數據存儲和訪問機制。它擁有一個中心元數據查找表,每次在客戶端發送一個讀寫操作請求后,存儲系統首先在巨大的元數據表中進行查找,在確定實際數據的位置后再執行客戶端操作。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集群,你一定會被這種方法的性能限制約束,它甚至會限制你的可擴展性。

        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。它不再存儲和處理元數據,而是引入了一個新的方法:即CRUSH(Controlled Replication UnderScalable Hashing)算法。CRUSH 表示數據存儲的分布式選擇算法。CRUSH 算法取代了在元數據表中為每個客戶端請求進行查找,它計算系統中數據應該被寫入或讀出的位置。通過計算元數據,就不再需要管理元數據表了,F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,還可以分布到集群的多個節點上。除此之外,CRUSH 還獨具基礎架構感知功能。它能理解基礎設施各個部件之間的關系。CRUSH保存數據的多個副本,這樣即使一個故障域的幾個組件都出現故障,數據依然可用。正是得益于CRUSH 算法,Ceph 可以處理多個組件故障,以保證可靠性和持久性。

        CRUSH 算法使Ceph 實現了自我管理和自我修復。在一個故障域內某組件發生故障時,CRUSH 能感知到是哪個組件出了故障,并判斷該故障對集群的影響。在沒有任何管理干預情況下,CRUSH 自我管理并通過恢復因故障丟失的數據而自愈。CRUSH 從集群所維護的副本中重新產生數據。如果你已經正確配置了Ceph CRUSH map,它就會確保你的數據至少有一個副本始終可以訪問。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展和高可靠的存儲系統。

        Ceph 架構概述

        Ceph 內部架構非常直接,下圖將幫助我們理解:

        Ceph 架構概述

        Ceph 內部架構非常直接,下圖將幫助我們理解:


        圖片描述

         

        Ceph monitor(監視器,簡稱MON):Ceph monitor 通過保存一份集群狀態映射來維護整個集群的健康狀態。它分別為每個組件維護映射信息,包括OSD map、MONmap、PG map(會在后面的章節中討論)和CRUSH map。所有群集節點都向MON節點匯報狀態信息,并分享它們狀態中的任何變化。Ceph monitor 不存儲數據;這是OSD 的任務。

        Ceph 對象存儲設備(OSD):只要應用程序向Ceph 集群發出寫操作,數據就會被以對象形式存儲在OSD 中。這是Ceph 集群中唯一能存儲用戶數據的組件,同時用戶也可以發送讀命令來讀取數據。通常,一個OSD 守護進程會被捆綁到集群中的一塊物理磁盤上。所以,在通常情況下,Ceph 集群中的物理磁盤的總數,與在磁盤上運行的存儲用戶數據的OSD 守護進程的數量是相同的。

        Ceph 元數據服務器(MDS):MDS 只為CephFS 文件系統跟蹤文件的層次結構和存儲元數據。Ceph 塊設備和RADOS 并不需要元數據,因此也不需要Ceph MDS守護進程。MDS 不直接提供數據給客戶端,從而消除了系統中的故障單點。

        RADOS(Reliable Autonomic Distributed Object Store):RADOS 是Ceph 存儲集群的基礎。在Ceph 中,所有數據都以對象形式存儲,并且無論是哪種數據類型,RADOS 對象存儲都將負責保存這些對象。RADOS 層可以確保數據始終保持一致。

        要做到這一點,須執行數據復制、故障檢測和恢復,以及數據遷移和在所有集群節點實現再平衡。

        librados:librados 庫為PHP、Ruby、Java、Python、C 和C++這些編程語言提供了方便地訪問RADOS 接口的方式。同時它還為諸如RBD、RGW 和CephFS 這些組件提供了原生的接口。Librados 還支持直接訪問RADOS 來節省HTTP 開銷。

        RADOS 塊設備(RBD):眾所周知,RBD 是Ceph 塊設備,提供持久塊存儲,它是自動精簡配置并可調整大小的,而且將數據分散存儲在多個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,允許應用程序與Ceph 對象存儲建立連接。RGW 提供了與Amazon S3 和OpenStack Swift 兼容的RESTful API。

        CephFS:Ceph 文件系統提供了一個使用Ceph 存儲集群存儲用戶數據的與POSIX兼容的文件系統。和RBD、RGW 一樣,CephFS 服務也基于librados 封裝了原生接口。


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