Ceph学习笔记（1）- 架构概述

简介

Ceph的目标是采用商业硬件来构建大规模的、具有高可用、高扩展、高性能的分布式存储系统，ceph具有如下特点：

• 软件定义存储：Ceph不需要特定的硬件，在主流的Linux发行版等类Unix操作系统上均可运行
• 分布式存储：得意与计算寻址让Ceph客户端可以直接与服务端任意节点通信，避免因存在访问热点产生的性能瓶颈，这也是他可以轻易管理PB级以上规模集群的重要原因
• 统一存储：Ceph支持传统的块存储（RBD）、文件系统存储（Ceph fs）与新兴的对象存储协议（RADOSGW）

架构

Ceph采用存储应用与存储服务完全分离（Client/Server）的模式，基于Rados对外提供服务。客户端可以直接通过LIBRADOS访问RADOS系统，也可以调用在LIBRADOS上封装的Radosgw、librbd、libcephfs这些接口访问存储。

图1 Ceph架构图

1. RADOS网关接口（RGW）：如图1，RGW提供对象存储服务，通过librados允许APP直接与Ceph对象存储建立连接,基于librados封装的librgw也提供了与Amazon S3协议和OpenStack Swift协议兼容的RESTful API。可以将它理解为对文件（对象）进行上传、下载、查询、删除等。

   • 对象存储采用扁平化目录结构，利于进行大规模的扩容。
   • S3/Swift接口均分三级：Account/Bucket/Object(账户/桶/对象)

2. RADOS块设备（RBD）接口：如图1，Ceph块设备，提供持久块存储，并将数据分散到不同OSD上，是一个分布式的块设备。与传统的SAN存储类似，RBD可以通过SCSI或FC给应用提供一个独立的LUN或者卷。

   • 在用户态，通过QEMU Driver供虚拟机作为磁盘使用
   • 在操作系统内核态将块设备映射给物理主机，供物理主机使用

3. Ceph文件系统（CephFS）接口：在rados基础上增加了元数据服务器（MDS），它只为CephFS文件系统跟踪文件的层次结构和存储元数据，（RBD与RADOS不需要MDS,MDS不直接提供数据给客户端）。CephFS类似于传统的NAS，通过NFS和CIFS协议提供文件目录服务。

4. RADOS（Reliable Autonomic Distributed Object Store）：如图1，Ceph的底层实现为RADOS。在Ceph中数据以对象的形式存储，RADOS层保存这些对象，并确保数据始终保持一致，进行数据复制、故障检测和恢复、数据迁移、集群各节点的数据平衡等工作，RADOS是Ceph的核心，包括以下功能：

   • Monitor为整个集群提供全局配置和系统信息（几数个Monitor组成小型的强一致性分布式）

   • CRUSH算法实现对象寻址过程（Ceph对象落在哪里由CRUSH计算得出）

   • 对数据进行读写操作

   • 集群数据均衡

   • 保证集群副本之间数据一致性

   • 数据自动恢复

   • 克隆和快照

   • 对象分层存储

典型的Rados集群如图2：

图2 Rados集群

学习自：
《Ceph源码分析》 常涛
《Ceph Cookbook》 Karan Singh
《Ceph之RADOS设计原理与实现》 谢型果 严军