Ceph概念介绍及组件介绍

一：Ceph基础介绍

• Ceph是一个可靠地、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、块设备存储和文件系统服务。

• Ceph相比其它存储的优势点在于它不单单是存储，同时还充分利用了存储节点上的计算能力，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，同时由于Ceph的良好设计，采用了CRUSH算法、HASH环等方法，使得它不存在传统的单点故障的问题，且随着规模的扩大性能并不会受到影响。

二：核心组件介绍

• Ceph OSD（必装）

全称是Object Storage Device，主要功能包括存储数据，处理数据的复制、恢复、回补、平衡数据分布，并将一些相关数据提供给Ceph Monitor

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• Ceph Monitor（必装）
  Ceph的监控器，主要功能是维护整个集群健康状态，提供一致性的决策，包含了Monitor map，即集群map，monitor本身不存储任何集群数据

• Managers（必装）
  Ceph Manager守护进程（ceph-mgr）负责跟踪运行时指标和Ceph集群的当前状态，包括存储利用率，当前性能指标和系统负载。Ceph Manager守护进程还基于python的插件来管理和公开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两个管理器。

• Ceph MDS（可选）
  全称是Ceph Metadata Server，主要保存的是Ceph的文件系统（File System）的元数据（metadata），不是必须安装，当需要使用CephFS的时候才会使用

三：基础组件介绍

• rados
  自身是一个完整的分布式对象存储系统，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、高自动化都是由这一层来提供的，用户数据的存储最终也都是通过这一层来进行存储的，RADOS可以说就是Ceph的核心，主要由两部分构成，分别是OSD和Monitor

• Librados
  它是一个库，它允许应用程序通过访问该与RADOS系统进行交互，支持多种编程语言，比如C、C++，Python等

• radosgw
  RADOSGW是一套基于当前流行的RESTFUL协议的网关，并且兼容S3和Swif，只有当使用对象存储时才会用到

• rbd
  RBD通过Linux内核客户端和QEMU/KVM驱动来提供一个分布式的块设备，可以理解为像linux的LVM一样，从Ceph的集群中划分出一块磁盘，用户可以直接在上面做文件系统和挂载目录

• CephFs
  通过Linux内核客户端和fuse来提供一个兼容POSIX的文件系统，当一些linux系统不支持mount命令或者需要更高级的操作时，会用到ceph-fuse

四：术语介绍，名词解释

crush
是Ceph使用的数据分布算法，类似一致性哈希，让数据分配到预期的地方

map
上面说过，monitor组件负责监视整个集群的运行状况，如各节点之间的状态、集群配置信息，这些信息由维护集群成员的守护程序来提供，如何存放这些信息呢，答案就是map，ceph monitor map主要包括如下这几个

• Monitor map：包括有关monitor 节点端到端的信息，其中包括 Ceph 集群ID，监控主机名和IP以及端口。并且存储当前版本信息以及最新更改信息，通过 "ceph mon dump" 查看 monitor map
• OSD map：包括一些常用的信息，如集群ID、创建OSD map的 版本信息和最后修改信息，以及pool相关信息，主要包括pool 名字、pool的ID、类型，副本数目以及PGP等，还包括数量、状态、权重、最新的清洁间隔和OSD主机信息。通过命令 "ceph osd dump" 查看
• PG map：包括当前PG版本、时间戳、最新的OSD Map的版本信息、空间使用比例，以及接近占满比例信息，同事，也包括每个PG ID、对象数目、状态、OSD 的状态以及深度清理的详细信息。通过命令 "ceph pg dump" 可以查看相关状态
• CRUSH map： CRUSH map 包括集群存储设备信息，故障域层次结构和存储数据时定义失败域规则信息。通过 命令 "ceph osd crush map" 查看
• MDS map：MDS Map 包括存储当前 MDS map 的版本信息、创建当前的Map的信息、修改时间、数据和元数据POOL ID、集群MDS数目和MDS状态，可通过"ceph mds dump"查看

副本
副本是ceph存放数据的份数，可以理解为对一个文件备份的份数，ceph默认的副本数是3，即一个主（primary ），一个次（secondary），一个次次（tertiary）,只有primary osd的副本才解释客户端请求，它将数据写入其他osd
如下,可以看到这个叫做testpool的pool中有一个叫做object1的object，他的map信息获取后可以看到
这个对象在osd1上面是主，在osd0和osd2上是次和次次，也就是说在副本数为3的情况下，每个osd存储一个副本

[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)

其他内容解释

• osdmap e220 此map的版本号
• pool 'testpool' (38) 此pool的名字和ID
• object 'object1' 此object的名字
• pg 38.bac5debc (38.0) pg的号码，即38.0
• up ([1,0,2], p1) up set ，按顺序表示副本存在于哪个osd上，osd0（primary）osd1（secondary）和osd2（tertiary）
• acting ([1,0,2], p1) acting set 通常情况下和up set相同，不同的情况需要理解pg_temp，即如果pg的acting set 为[0,1,2], 此时如果osd.0出现故障,导致CRUSH算法重新分配该pg的acting set 为[3,1,2]. 此时osd.3为该pg的主osd，但是osd.3并不能负担该pg的读操作，因为其上现在还没有数据。所以向monitor申请一个临时的pg,osd.1为临时主osd，这时acting set依然为[0,1,2],up set 变为[1,3,2]，此时就出来acting set 和up set的不同。当osd.3 backfill完成之后，该pg的up set恢复为acting set, 也就是acting set 和 up set都为[0,1,2]

object

ceph最底层的存储单元，即对象，每个对象包含元数据和原始数据，当用户要将数据存储到ceph集群时，存储数据会被分为多个对象，每个对象的大小是可以设置的，默认是4MB，可以将object堪称是ceph存储的最小单元

pg和pgp

pg是用来存放object的
pgp是相当于pg存放在osd的一种排列组合，他不影响副本个数，只影响副本排列顺序

pool
pool是一个逻辑存储概念，我们创建pool的时候，需要指定pg和pgp，Ceph 的池是一个用来存储对象的逻辑分区 ，Ceph每个池都包含一定数量 PG 进而实现把一定数量的对象映射到集群内部不同 OSD
此，因此， 每一个池都是交叉分布在集群所有节点上的 ，也就是说pool是分布在整个集群上面的，这样就能够提供足够的弹性

五：易混点辨析

object与pg的关系
由于object的数量很多，所以Ceph引入了pg的概念用于管理object，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

pg与osd的关系
pg也需要通过CRUSH计算映射到osd中去存储，如果是三副本的，则每个pg都会映射到三个osd，比如[osd.0,osd.1，osd.2]，那么osd.0是存放该pg的主副本，osd.1和osd.2是存放该pg的从副本，保证了数据的冗余

pg和pool的关系
pool也是一个逻辑存储概念，我们创建存储池pool的时候，都需要指定pg和pgp的数量，逻辑上来说pg是属于某个存储池的，就有点像object是属于某个pg的

pg和pgp的关系

• pg是用来存放object的，pgp相当于是pg存放osd的一种排列组合，比如三个osd 1 2 3，副本数设置为3 且ceph默认副本数就是为3，假设此时pgp是1的话，那么此时一个对象是只可能是按照osd0 osd1 osd2 这唯一一种顺序排列，假设此时pgp是2的话，那么此时这个对象可能是按照osd0 osd1 osd2 和 osd1 osd0 osd2 这两种中的一种顺序排列，假设此时pgp是3的话，那么此时就有三种顺序排列，所以pgp实际上并不影响pg的副本数，只影响pg副本在osd分布的顺序排列的组合的可选数量，那么也可以理解pgp的作用就是均衡集群内osd的数据
• pg是指定存储池存储对象的目录有多少个，pgp是存储池pg的OSD分布组合个数
• pg的增加会引起pg内的数据进行分裂，分裂相同的OSD上新生成的pg当中
• pgp的增加会引起部分pg的分布进行变化，但是不会引起pg内对象的变动

存储数据, object, pg,pgp, pool, osd, 存储磁盘的关系

• 这个12M的文件被分成，objectA，objectB，objectC三个对象，分别存储在pgA，pgB，pgC这三个pg里，pgA，pgB，pgC这三个pg又分别归poolA，poolB，poolC管理，而每个pg分布在哪个osd上，是有选择性的，而有多少种选择，就由pgp决定，这里设pgp为1，那么图上显示的就是其中可能的一种pg分布排序，而且是唯一的，如果pgp为2，那么除了图上显示的分布排除算一种外，会有另外一种分布排序，可能是pgA在osd1上，pgB在osd3上，pgC在osd2上，当然也可能有其他的分布排序，但是这里假设pgp为2，所以只有两种可供选择

另外，这里又另一张图，是我在别的大佬的文章里发现的也不错，就也放到这里把