文章目录
1. Ceph架构说明
1.1 整体架构图
1.2 接口类型
1.2.1 RBD
rados block device，主要面向云平台的虚拟机提供虚拟磁盘，类似于SAN。RBD提供两种接口，一种是通过QEMU Driver提供KVM虚拟机使用，另一种是在操作系统内核态实现了一个内核模块，直接把块设备映射给物理主机，由物理主机直接使用。
1.2.2 CephFS
提供libcephfs和标准的POSIX接口，CephFS类似传统的NAS存储，通过NFS或者CIFS提供文件系统或者文件目录服务。
1.2.3 RadosGW
基于Librados实现了S3（AWS）和Swift（OpenStack）对象存储接口。相比于NAS存储，对象存储放弃了目录树结构，采用扁平化组织形式，有利于使用无限空间的扩展。
1.3 RADOS
RADOS是CEPH存储系统的基石，是一个扩扩展的、稳定的、自我管理的、可修复的对象存储系统，是CEPH存储系统的核心，实现存储系统应该有的所有功能：
- Monitor模块为整个集群提供全局的配置和系统信息
- 通过CRUSH算法提供对象的寻址
- 完成了对象的读写等其他数据功能
- 提供了数据均衡功能
- 通过Peering过程完成PG数据一致性过程
- 提供数据自动恢复的功能
- 提供克隆和快照功能
- 实现了对象存储分层存储的功能
- 实现了数据一致性检查工具scrub
2. RADOS概念介绍
2.1 Monitor
多个Monitor组成集群实现高可用，通过Paxos算法实现了数据一致性，存储了整个集群的节点信息等全局的状态信息，包括：
- MonitorMap：fsid、Monitor地址和端口、current epoch
- OSD Map：OSD的列表以及状态信息
- MDS Map：MDS的列表及状态信息
2.2 RADOS对象存储
- 对象标志：ID
- 对象的数据：对象本地文件系统的一个文件
- 对象的元数据：保存在文件对应的扩展属性中，也可以存储在Leveldb中
2.3 pool和PG
Pool是一个抽象的存储池，规定了数据冗余的类型对应的副本分布策略，支持两种副本类型：Replicated、Erasure Code。
PG（Placement Group）放置策略组（也可以称作复制组），他是对象的集合，该PG中的所有对象都具有相同的放置策略：
2.4 对象寻址过程
对象寻址过程指的是对象在集群中分布的位置，分为两层：
- 对象到PG的映射：静态Hash映射，pg_num = hash(object_id)%pg_count
- PG到OSD的映射：通过CRUSH算法计算，osd[3] = CRUSH(pg)
2.5 对象读写
对象写过程：
- client向pg所在的主osd发送写请求
- 主osd接收写请求后，同时向两个从osd发送写请求，同时主OSD写入本地存储中
- 主osd接收到另外两个从osd的ack后，同时确保自己也写成功，就向用户应答写成功
对象的读过程比较简单：从主osd读取
2.6 数据均衡
均衡时机：当机器中osd数目发生变动，系统中的CRUSH Map发生变化，从而引起对象寻址过程中，PG到OSD的映射发生变化，从而引发数据迁移（迁移的数据量不是很好估算）
迁移单位：CEPH数据迁移的最小单位是PG
2.7 Peering
- 发起时机：当OSD启动（或者失效时），该OSD上的主PG会发起一个Peering的过程
- 具体工作：一个PG内的所有副本通过PG日志来达成数据一致的过程
Peering完成后就能对外提供服务了，Peering发现对象副本数据不一致，该对象会被标记出来，待后续恢复完成后，恢复后才能响应用户请求。
2.8 Recovery&Backfill
- 恢复的对象：peering、scrub发现的
- 恢复的过程：根据pg日志来恢复
- backfill对象：当OSD长时间失效后，重新加入到集群中，没有办法根据pg日志恢复了。另一种情况是当osd发生了数据迁移，也需要进行backfill
- backfill过程：通过逐一回填pg中的对象保证数据一致性
2.9 纠删码
纠删码（Erasure Code）说明见：https://blog.csdn.net/cjfeii/article/details/105574338。
CEPH对旧版本对EC功能支持的还不够好，H、L版本关于EC的支持感觉还可以。
2.10 快照和克隆
Rados对象存储系统本身支持Copy-On-Write的快照机制，具体支持两种模式：
- 支持pool级别的快照
- 支持用户自己定义的快照实现（比如：rbd的快照）
2.11 Cache Tier
Cache Tier是Ceph服务端缓存的一种方案，可以提升存储在后端存储层的I/O性能。
Rados实现了以Pool为基础的自动分层存储机制：cache pool + data pool，Cache tier对用户是透明的，Rados Objecter决定往哪里存储对象，Cache tier支持writeback和readonly两种模式：
- writeback：用户读写操作都会发往Cache tier，适用于易变的数据
- readonly：Cache tier只是作为读的缓存，脏对象会按照既定策略清理，适用于不变的数据，比如：图片、视频、DNS、X-RAY等
![cache tier示意图]()
2.12 scrub
scrub用于做rados集群的数据一致性检查，支持两种检查方式：
- scrub：检查一个PG内对象的各个osd副本的元数据是否一致
- deep scrub：比较对象的副本数据是否一致
3. 参考资料
- Ceph源码分析：https://yuedu.163.com/source/cda64592f9a746559e528c40ec3ceb1b_4
- 纠删码原理说明：https://blog.csdn.net/cjfeii/article/details/105574338
- Cache Tier配置说明：https://yq.aliyun.com/articles/606731