​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。