Ceph概念介紹及組件介紹

一：Ceph基礎介紹

• Ceph是一個可靠地、自動重均衡、自動恢復的分布式存儲系統，根據場景劃分可以將Ceph分為三大塊，分別是對象存儲、塊設備存儲和文件系統服務。

• Ceph相比其它存儲的優勢點在于它不單單是存儲，同時還充分利用了存儲節點上的計算能力，在存儲每一個數據時，都會通過計算得出該數據存儲的位置，盡量將數據分布均衡，同時由于Ceph的良好設計，采用了CRUSH算法、HASH環等方法，使得它不存在傳統的單點故障的問題，且隨著規模的擴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據，處理數據的復制、恢復、回補、平衡數據分布，并將一些相關數據提供給Ceph Monitor

• Ceph Monitor（必裝）
  Ceph的監控器，主要功能是維護整個集群健康狀態，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據

• Managers（必裝）
  Ceph Manager守護進程（ceph-mgr）負責跟蹤運行時指標和Ceph集群的當前狀態，包括存儲利用率，當前性能指標和系統負載。Ceph Manager守護進程還基于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（File System）的元數據（metadata），不是必須安裝，當需要使用CephFS的時候才會使用

三：基礎組件介紹

• rados
  自身是一個完整的分布式對象存儲系統，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，用戶數據的存儲最終也都是通過這一層來進行存儲的，RADOS可以說就是Ceph的核心，主要由兩部分構成，分別是OSD和Monitor

• Librados
  它是一個庫，它允許應用程序通過訪問該與RADOS系統進行交互，支持多種編程語言，比如C、C++，Python等

• radosgw
  RADOSGW是一套基于當前流行的RESTFUL協議的網關，并且兼容S3和Swif，只有當使用對象存儲時才會用到

• rbd
  RBD通過Linux內核客戶端和QEMU/KVM驅動來提供一個分布式的塊設備，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和掛載目錄

• CephFs
  通過Linux內核客戶端和fuse來提供一個兼容POSIX的文件系統，當一些linux系統不支持mount命令或者需要更高級的操作時，會用到ceph-fuse

四：術語介紹，名詞解釋

crush
是Ceph使用的數據分布算法，類似一致性哈希，讓數據分配到預期的地方

map
上面說過，monitor組件負責監視整個集群的運行狀況，如各節點之間的狀態、集群配置信息，這些信息由維護集群成員的守護程序來提供，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

• Monitor map：包括有關monitor 節點端到端的信息，其中包括 Ceph 集群ID，監控主機名和IP以及端口。并且存儲當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、創建OSD map的 版本信息和最后修改信息，以及pool相關信息，主要包括pool 名字、pool的ID、類型，副本數目以及PGP等，還包括數量、狀態、權重、最新的清潔間隔和OSD主機信息。通過命令 "ceph osd dump" 查看
• PG map：包括當前PG版本、時間戳、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PG ID、對象數目、狀態、OSD 的狀態以及深度清理的詳細信息。通過命令 "ceph pg dump" 可以查看相關狀態
• CRUSH map： CRUSH map 包括集群存儲設備信息，故障域層次結構和存儲數據時定義失敗域規則信息。通過 命令 "ceph osd crush map" 查看
• MDS map：MDS Map 包括存儲當前 MDS map 的版本信息、創建當前的Map的信息、修改時間、數據和元數據POOL ID、集群MDS數目和MDS狀態，可通過"ceph mds dump"查看

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

[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], 此時如果osd.0出現故障,導致CRUSH算法重新分配該pg的acting set 為[3,1,2]. 此時osd.3為該pg的主osd，但是osd.3并不能負擔該pg的讀操作，因為其上現在還沒有數據。所以向monitor申請一個臨時的pg,osd.1為臨時主osd，這時acting set依然為[0,1,2],up set 變為[1,3,2]，此時就出來acting set 和up set的不同。當osd.3 backfill完成之后，該pg的up set恢復為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，每個對象包含元數據和原始數據，當用戶要將數據存儲到ceph集群時，存儲數據會被分為多個對象，每個對象的大小是可以設置的，默認是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是相當于pg存放在osd的一種排列組合，他不影響副本個數，只影響副本排列順序

pool
pool是一個邏輯存儲概念，我們創建pool的時候，需要指定pg和pgp，Ceph 的池是一個用來存儲對象的邏輯分區 ，Ceph每個池都包含一定數量 PG 進而實現把一定數量的對象映射到集群內部不同 OSD
此，因此， 每一個池都是交叉分布在集群所有節點上的 ，也就是說pool是分布在整個集群上面的，這樣就能夠提供足夠的彈性

五：易混點辨析

object與pg的關系
由于object的數量很多，所以Ceph引入了pg的概念用于管理object，每個object最后都會通過CRUSH計算映射到某個pg中，一個pg可以包含多個object

pg與osd的關系
pg也需要通過CRUSH計算映射到osd中去存儲，如果是三副本的，則每個pg都會映射到三個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，保證了數據的冗余

pg和pool的關系
pool也是一個邏輯存儲概念，我們創建存儲池pool的時候，都需要指定pg和pgp的數量，邏輯上來說pg是屬于某個存儲池的，就有點像object是屬于某個pg的

pg和pgp的關系

• pg是用來存放object的，pgp相當于是pg存放osd的一種排列組合，比如三個osd 1 2 3，副本數設置為3 且ceph默認副本數就是為3，假設此時pgp是1的話，那么此時一個對象是只可能是按照osd0 osd1 osd2 這唯一一種順序排列，假設此時pgp是2的話，那么此時這個對象可能是按照osd0 osd1 osd2 和 osd1 osd0 osd2 這兩種中的一種順序排列，假設此時pgp是3的話，那么此時就有三種順序排列，所以pgp實際上并不影響pg的副本數，只影響pg副本在osd分布的順序排列的組合的可選數量，那么也可以理解pgp的作用就是均衡集群內osd的數據
• pg是指定存儲池存儲對象的目錄有多少個，pgp是存儲池pg的OSD分布組合個數
• pg的增加會引起pg內的數據進行分裂，分裂相同的OSD上新生成的pg當中
• pgp的增加會引起部分pg的分布進行變化，但是不會引起pg內對象的變動

存儲數據, object, pg,pgp, pool, osd, 存儲磁盤的關系

• 這個12M的文件被分成，objectA，objectB，objectC三個對象，分別存儲在pgA，pgB，pgC這三個pg里，pgA，pgB，pgC這三個pg又分別歸poolA，poolB，poolC管理，而每個pg分布在哪個osd上，是有選擇性的，而有多少種選擇，就由pgp決定，這里設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，當然也可能有其他的分布排序，但是這里假設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現的也不錯，就也放到這里把