一、为什么要用Ceph

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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。。目前也是OpenStack的主流后端存储，随着OpenStack在云计算领域的广泛使用，ceph也变得更加炙手可热。国内目前使用ceph搭建分布式存储系统较为成功的企业有x-sky,深圳元核云，上海UCloud等三家企业。

二、Ceph架构介绍

ceph架构图01

ceph架构图02

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，有原生的API，而且也兼容Swift和S3的API，适合单客户端使用）、RBD（Block，支持精简配置、快照、克隆，适合多客户端有目录结构）、CephFS（File，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）将数据写入存储。

• 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

目前来说，ceph在开源社区还是比较热门的，但是更多的是应用于云计算的后端存储。官方推荐使用ceph的对象式存储，速度和效率都比较高，而cephfs官方并不推荐直接在生产中使用。以上介绍的只是ceph的沧海一粟，ceph远比上面介绍的要复杂，而且支持很多特性，比如使用纠删码就行寻址，所以大多数在生产环境中使用ceph的公司都会有专门的团队对ceph进行二次开发，ceph的运维难度也比较大。但是经过合理的优化之后，ceph的性能和稳定性都是值得期待的。

ceph各层级架构

三、Ceph核心概念

RADOS

全称Reliable Autonomic Distributed Object Store，即可靠的、自动化的、分布式对象存储系统。RADOS是Ceph集群的精华，用户实现数据分配、Failover等集群操作。

Librados

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。

Pool

Pool是存储对象的逻辑分区，它规定了数据冗余的类型和对应的副本分布策略，默认存储3份副本；支持两种类型：副本（replicated）和 纠删码（ Erasure Code）；

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；

Object

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。最底层的存储单元，包含元数据和原始数据。

ceph资源划分

ceph对象元数据

四、Ceph核心组件

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；

Pool、PG和OSD的关系：

• 一个Pool里有很多PG；
• 一个PG里包含一堆对象，一个对象只能属于一个PG；
• PG有主从之分，一个PG分布在不同的OSD上（针对三副本类型）;

pool PG

OSD PG pool

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；生产中建议最少要用3个Monitor，基数个的Monitor组成组件来做高可用。

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；

Mgr

ceph 官方开发了 ceph-mgr，主要目标实现 ceph 集群的管理，为外界提供统一的入口。例如cephmetrics、zabbix、calamari、promethus

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。

Admin

Ceph常用管理接口通常都是命令行工具，如rados、ceph、rbd等命令，另外Ceph还有可以有一个专用的管理节点，在此节点上面部署专用的管理工具来实现近乎集群的一些管理工作，如集群部署，集群组件管理等。

五、Ceph三种存储类型

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；

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

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；