Ceph概念介紹及組件介紹

一：Ceph基礎(chǔ)介紹

• Ceph是一個(gè)可靠地、自動重均衡、自動恢復(fù)的分布式存儲系統(tǒng)，根據(jù)場景劃分可以將Ceph分為三大塊，分別是對象存儲、塊設(shè)備存儲和文件系統(tǒng)服務(wù)。

• Ceph相比其它存儲的優(yōu)勢點(diǎn)在于它不單單是存儲，同時(shí)還充分利用了存儲節(jié)點(diǎn)上的計(jì)算能力，在存儲每一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，都會通過計(jì)算得出該數(shù)據(jù)存儲的位置，盡量將數(shù)據(jù)分布均衡，同時(shí)由于Ceph的良好設(shè)計(jì)，采用了CRUSH算法、HASH環(huán)等方法，使得它不存在傳統(tǒng)的單點(diǎn)故障的問題，且隨著規(guī)模的擴(kuò)大性能并不會受到影響。

二：核心組件介紹

• Ceph OSD（必裝）

全稱是Object Storage Device，主要功能包括存儲數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)的復(fù)制、恢復(fù)、回補(bǔ)、平衡數(shù)據(jù)分布，并將一些相關(guān)數(shù)據(jù)提供給Ceph Monitor

• Ceph Monitor（必裝）
  Ceph的監(jiān)控器，主要功能是維護(hù)整個(gè)集群健康狀態(tài)，提供一致性的決策，包含了Monitor map，即集群map，monitor本身不存儲任何集群數(shù)據(jù)

• Managers（必裝）
  Ceph Manager守護(hù)進(jìn)程（ceph-mgr）負(fù)責(zé)跟蹤運(yùn)行時(shí)指標(biāo)和Ceph集群的當(dāng)前狀態(tài)，包括存儲利用率，當(dāng)前性能指標(biāo)和系統(tǒng)負(fù)載。Ceph Manager守護(hù)進(jìn)程還基于python的插件來管理和公開Ceph集群信息，包括基于Web的Ceph Manager Dashboard和 REST API。高可用性通常至少需要兩個(gè)管理器。

• Ceph MDS（可選）
  全稱是Ceph Metadata Server，主要保存的是Ceph的文件系統(tǒng)（File System）的元數(shù)據(jù)（metadata），不是必須安裝，當(dāng)需要使用CephFS的時(shí)候才會使用

三：基礎(chǔ)組件介紹

• rados
  自身是一個(gè)完整的分布式對象存儲系統(tǒng)，它具有可靠、智能、分布式等特性，Ceph的高可靠、高可拓展、高性能、高自動化都是由這一層來提供的，用戶數(shù)據(jù)的存儲最終也都是通過這一層來進(jìn)行存儲的，RADOS可以說就是Ceph的核心，主要由兩部分構(gòu)成，分別是OSD和Monitor

• Librados
  它是一個(gè)庫，它允許應(yīng)用程序通過訪問該與RADOS系統(tǒng)進(jìn)行交互，支持多種編程語言，比如C、C++，Python等

• radosgw
  RADOSGW是一套基于當(dāng)前流行的RESTFUL協(xié)議的網(wǎng)關(guān)，并且兼容S3和Swif，只有當(dāng)使用對象存儲時(shí)才會用到

• rbd
  RBD通過Linux內(nèi)核客戶端和QEMU/KVM驅(qū)動來提供一個(gè)分布式的塊設(shè)備，可以理解為像linux的LVM一樣，從Ceph的集群中劃分出一塊磁盤，用戶可以直接在上面做文件系統(tǒng)和掛載目錄

• CephFs
  通過Linux內(nèi)核客戶端和fuse來提供一個(gè)兼容POSIX的文件系統(tǒng)，當(dāng)一些linux系統(tǒng)不支持mount命令或者需要更高級的操作時(shí)，會用到ceph-fuse

四：術(shù)語介紹，名詞解釋

crush
是Ceph使用的數(shù)據(jù)分布算法，類似一致性哈希，讓數(shù)據(jù)分配到預(yù)期的地方

map
上面說過，monitor組件負(fù)責(zé)監(jiān)視整個(gè)集群的運(yùn)行狀況，如各節(jié)點(diǎn)之間的狀態(tài)、集群配置信息，這些信息由維護(hù)集群成員的守護(hù)程序來提供，如何存放這些信息呢，答案就是map，ceph monitor map主要包括如下這幾個(gè)

• Monitor map：包括有關(guān)monitor 節(jié)點(diǎn)端到端的信息，其中包括 Ceph 集群ID，監(jiān)控主機(jī)名和IP以及端口。并且存儲當(dāng)前版本信息以及最新更改信息，通過 "ceph mon dump" 查看 monitor map
• OSD map：包括一些常用的信息，如集群ID、創(chuàng)建OSD map的 版本信息和最后修改信息，以及pool相關(guān)信息，主要包括pool 名字、pool的ID、類型，副本數(shù)目以及PGP等，還包括數(shù)量、狀態(tài)、權(quán)重、最新的清潔間隔和OSD主機(jī)信息。通過命令 "ceph osd dump" 查看
• PG map：包括當(dāng)前PG版本、時(shí)間戳、最新的OSD Map的版本信息、空間使用比例，以及接近占滿比例信息，同事，也包括每個(gè)PG ID、對象數(shù)目、狀態(tài)、OSD 的狀態(tài)以及深度清理的詳細(xì)信息。通過命令 "ceph pg dump" 可以查看相關(guān)狀態(tài)
• CRUSH map： CRUSH map 包括集群存儲設(shè)備信息，故障域?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)和存儲數(shù)據(jù)時(shí)定義失敗域規(guī)則信息。通過 命令 "ceph osd crush map" 查看
• MDS map：MDS Map 包括存儲當(dāng)前 MDS map 的版本信息、創(chuàng)建當(dāng)前的Map的信息、修改時(shí)間、數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)POOL ID、集群MDS數(shù)目和MDS狀態(tài)，可通過"ceph mds dump"查看

副本
副本是ceph存放數(shù)據(jù)的份數(shù)，可以理解為對一個(gè)文件備份的份數(shù)，ceph默認(rèn)的副本數(shù)是3，即一個(gè)主（primary ），一個(gè)次（secondary），一個(gè)次次（tertiary）,只有primary osd的副本才解釋客戶端請求，它將數(shù)據(jù)寫入其他osd
如下,可以看到這個(gè)叫做testpool的pool中有一個(gè)叫做object1的object，他的map信息獲取后可以看到
這個(gè)對象在osd1上面是主，在osd0和osd2上是次和次次，也就是說在副本數(shù)為3的情況下，每個(gè)osd存儲一個(gè)副本

[root@ceph-1 ~]# ceph osd map testpool object1
osdmap e220 pool 'testpool' (38) object 'object1' -> pg 38.bac5debc (38.0) -> up ([1,0,2], p1) acting ([1,0,2], p1)

其他內(nèi)容解釋

• osdmap e220 此map的版本號
• pool 'testpool' (38) 此pool的名字和ID
• object 'object1' 此object的名字
• pg 38.bac5debc (38.0) pg的號碼，即38.0
• up ([1,0,2], p1) up set ，按順序表示副本存在于哪個(gè)osd上，osd0（primary）osd1（secondary）和osd2（tertiary）
• acting ([1,0,2], p1) acting set 通常情況下和up set相同，不同的情況需要理解pg_temp，即如果pg的acting set 為[0,1,2], 此時(shí)如果osd.0出現(xiàn)故障,導(dǎo)致CRUSH算法重新分配該pg的acting set 為[3,1,2]. 此時(shí)osd.3為該pg的主osd，但是osd.3并不能負(fù)擔(dān)該pg的讀操作，因?yàn)槠渖犀F(xiàn)在還沒有數(shù)據(jù)。所以向monitor申請一個(gè)臨時(shí)的pg,osd.1為臨時(shí)主osd，這時(shí)acting set依然為[0,1,2],up set 變?yōu)閇1,3,2]，此時(shí)就出來acting set 和up set的不同。當(dāng)osd.3 backfill完成之后，該pg的up set恢復(fù)為acting set, 也就是acting set 和 up set都為[0,1,2]

object

ceph最底層的存儲單元，即對象，每個(gè)對象包含元數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)，當(dāng)用戶要將數(shù)據(jù)存儲到ceph集群時(shí)，存儲數(shù)據(jù)會被分為多個(gè)對象，每個(gè)對象的大小是可以設(shè)置的，默認(rèn)是4MB，可以將object堪稱是ceph存儲的最小單元

pg和pgp

pg是用來存放object的
pgp是相當(dāng)于pg存放在osd的一種排列組合，他不影響副本個(gè)數(shù)，只影響副本排列順序

pool
pool是一個(gè)邏輯存儲概念，我們創(chuàng)建pool的時(shí)候，需要指定pg和pgp，Ceph 的池是一個(gè)用來存儲對象的邏輯分區(qū) ，Ceph每個(gè)池都包含一定數(shù)量 PG 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)把一定數(shù)量的對象映射到集群內(nèi)部不同 OSD
此，因此， 每一個(gè)池都是交叉分布在集群所有節(jié)點(diǎn)上的 ，也就是說pool是分布在整個(gè)集群上面的，這樣就能夠提供足夠的彈性

五：易混點(diǎn)辨析

object與pg的關(guān)系
由于object的數(shù)量很多，所以Ceph引入了pg的概念用于管理object，每個(gè)object最后都會通過CRUSH計(jì)算映射到某個(gè)pg中，一個(gè)pg可以包含多個(gè)object

pg與osd的關(guān)系
pg也需要通過CRUSH計(jì)算映射到osd中去存儲，如果是三副本的，則每個(gè)pg都會映射到三個(gè)osd，比如[osd.0,osd.1，osd.2]，那么osd.0是存放該pg的主副本，osd.1和osd.2是存放該pg的從副本，保證了數(shù)據(jù)的冗余

pg和pool的關(guān)系
pool也是一個(gè)邏輯存儲概念，我們創(chuàng)建存儲池pool的時(shí)候，都需要指定pg和pgp的數(shù)量，邏輯上來說pg是屬于某個(gè)存儲池的，就有點(diǎn)像object是屬于某個(gè)pg的

pg和pgp的關(guān)系

• pg是用來存放object的，pgp相當(dāng)于是pg存放osd的一種排列組合，比如三個(gè)osd 1 2 3，副本數(shù)設(shè)置為3 且ceph默認(rèn)副本數(shù)就是為3，假設(shè)此時(shí)pgp是1的話，那么此時(shí)一個(gè)對象是只可能是按照osd0 osd1 osd2 這唯一一種順序排列，假設(shè)此時(shí)pgp是2的話，那么此時(shí)這個(gè)對象可能是按照osd0 osd1 osd2 和 osd1 osd0 osd2 這兩種中的一種順序排列，假設(shè)此時(shí)pgp是3的話，那么此時(shí)就有三種順序排列，所以pgp實(shí)際上并不影響pg的副本數(shù)，只影響pg副本在osd分布的順序排列的組合的可選數(shù)量，那么也可以理解pgp的作用就是均衡集群內(nèi)osd的數(shù)據(jù)
• pg是指定存儲池存儲對象的目錄有多少個(gè)，pgp是存儲池pg的OSD分布組合個(gè)數(shù)
• pg的增加會引起pg內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分裂，分裂相同的OSD上新生成的pg當(dāng)中
• pgp的增加會引起部分pg的分布進(jìn)行變化，但是不會引起pg內(nèi)對象的變動

存儲數(shù)據(jù), object, pg,pgp, pool, osd, 存儲磁盤的關(guān)系

• 這個(gè)12M的文件被分成，objectA，objectB，objectC三個(gè)對象，分別存儲在pgA，pgB，pgC這三個(gè)pg里，pgA，pgB，pgC這三個(gè)pg又分別歸poolA，poolB，poolC管理，而每個(gè)pg分布在哪個(gè)osd上，是有選擇性的，而有多少種選擇，就由pgp決定，這里設(shè)pgp為1，那么圖上顯示的就是其中可能的一種pg分布排序，而且是唯一的，如果pgp為2，那么除了圖上顯示的分布排除算一種外，會有另外一種分布排序，可能是pgA在osd1上，pgB在osd3上，pgC在osd2上，當(dāng)然也可能有其他的分布排序，但是這里假設(shè)pgp為2，所以只有兩種可供選擇

另外，這里又另一張圖，是我在別的大佬的文章里發(fā)現(xiàn)的也不錯(cuò)，就也放到這里把