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。
