Lanson

V1

2022/05/17阅读:42主题:山吹

Ceph分布式存储初步认识(一)

一、Ceph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 (LESSER GENERAL PUBLIC LICENSE 的简写,中文译为 “ 较宽松公共许可证 ” )。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、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时间, 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。

4、分布式存储系统横纵对比

二、Ceph架构设计

1、Ceph整体设计

基础存储系统RADOS

Reliable, Autonomic,Distributed Object Store ,即可靠的、自动化的、分布式的对象存储这就是一个完整的对象存储系统,所有存储在Ceph 系统中的用户数据事实上最终都是由这一层来存储的。而Ceph 的高可靠、高可扩展、高性能、高自动化等等特性本质上也是由这一层所提供的。

基础库librado

这层的功能是对 RADOS 进行抽象和封装,并向上层提供 API ,以便直接基于 RADOS (而不是整个Ceph)进行应用开发。特别要注意的是, RADOS 是一个对象存储系统,因此, librados 实现的 API也只是针对对象存储功能的。RADOS 采用 C++ 开发,所提供的原生 librados API 包括 C 和 C++ 两种。

高层应用接口

这层包括了三个部分: RADOS GW ( RADOS Gateway )、 RBD ( Reliable Block Device )和 CephFS( Ceph File System ),其作用是在 librados 库的基础上提供抽象层次更高、更便于应用或客户端使用的上层接口。其中,RADOS GW 是一个提供与 Amazon S3 和 Swift 兼容的 RESTful API 的gateway,以供相应的对象存储应用开发使用。 RADOS GW 提供的 API 抽象层次更高,但功能则不如librados 强大。

应用层

这层是不同场景下对于 Ceph 各个应用接口的各种应用方式,例如基于 librados 直接开发的对象存储应用,基于RADOS GW 开发的对象存储应用,基于 RBD 实现的云硬盘等等。 librados 和 RADOSGW的区别在于,librados 提供的是本地 API ,而 RADOS GW 提供的则是 RESTfulAPI 。

由于 Swift 和 S3 支持的 API 功能近似,这里以 Swift 举例说明。 Swift 提供的 API 功能主要包括:

  • 用户管理操作:用户认证、获取账户信息、列出容器列表等;
  • 容器管理操作:创建/删除容器、读取容器信息、列出容器内对象列表等;
  • 对象管理操作:对象的写入、读取、复制、更新、删除、访问许可设置、元数据读取或更新等。

2、逻辑架构

3、Ceph专业术语

  • Monitors: Ceph监视器,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。

  • PG:Ceph归置组,每个Object最后都会通过CRUSH计算映射到某个PG中,一个PG可以包含多个Object。

  • OSD: Ceph的对象存储设备,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。

  • MDS: Ceph元数据服务器(MDS),为Ceph文件系统存储元数据。

  • CephFS: Ceph文件系统,CephFS提供了一个任意大小且兼容POSIX的分布式文件系统。

  • RADOS: Reliable Autonomic Distributed Object Store,表示可靠、自动、分布式的对象存储。Ceph中的一切都是以对象形式存储,RADOS就负责存储这些对象,RADOS层确保数据一致性和可靠性。

  • Librados : librados 库是一种用来简化访问 RADOS 的方法,目前支持 PHP 、 Python 、 Ruby、 Java、 C 和 C++ 语言。

  • RBD : Ceph 的块设备,它对外提供块存储,可以被映射、格式化进而像其他磁盘一样挂载到服务器

  • RGW/RADOSGW : Ceph 对象网关,它提供了一个兼容 S3 和 Swift 的 restful API 接口。

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Lanson
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CSDN大数据领域博客专家