技術的な議論 - Ceph 分散ストレージ システムを理解する

Ceph とは何ですか?これは、PB レベルの大規模データ ストレージ プラットフォーム向けのソフトウェア定義のオープン ソース分散オブジェクト ストレージ ソリューションです。もともとは2012年にInktankによって開発され、同社は2014年にRed Hatに買収されました。近年のビッグデータの発展に伴い、Cephは優れたパフォーマンス、信頼性、スケーラビリティにより、分散ストレージの分野で大きな注目を集めています。

エンタープライズ レベルのオープン ソース プラットフォームである Ceph は、データ ブロック、オブジェクト、およびファイルのストレージを 1 つのプラットフォームに統合し、標準的な経済的なサーバーとディスク上で統合されたソフトウェア定義ストレージを提供できます。これは、信頼性が高く、自動的に再バランス調整され、自動的に回復可能な分散ストレージ システムです。

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Ceph では、データはオブジェクトの形式で保存または処理されます。これは、セクターとセクター オフセット (一般にブロックと呼ばれる) を介してストレージ ボリュームにデータを書き込んだり、ストレージ ボリュームからデータを読み取ったりする従来のデータ ストレージ ソリューションとは異なります。大量のデータを扱う場合は、データをオブジェクトとして処理すると管理も容易になるため、便利です。このオブジェクト ストレージ アプローチにより、Ceph は簡素化されたスケーラビリティを実現し、ユーザーのニーズに簡単に対応できるようになります。これらのオブジェクトはノードのクラスター全体に複製され、Ceph のフォールトトレラント性が高まり、単一障害点がさらに削減されます。

昨年、Ceph コミュニティは、より少ないスペースでストレージを実現できる Erasure Coded プールのサポートをリリースしましたが、パフォーマンスに悪影響を及ぼします。さらに、Ceph の設計には、自己修正機能と自己管理機能も組み込まれています。

アクセシビリティに関しては、Ceph はユーザー空間に 3 つのインターフェースを公開します。 1 つ目はオブジェクト ストレージです。このオブジェクト ストレージは RESTful インターフェイスを介してアクセスでき、OpenStack Swift と Amazon Simple Storage Service (S3) をサポートしています。このアプローチにより、Web アプリケーションは、アプリケーション コードを書き直したり、オブジェクトが保存されている場所を気にしたりすることなく、PUT、GET、および DELETE メソッドをオブジェクト ストアに直接送信できます。

2 番目のインターフェースは、まばらに割り当てられたブロック デバイスです。目標は、ファイル/ブロック ボリュームにアクセスするアプリケーションや仮想環境を再設計することなく、Ceph を既存のコンピューティング環境に直接適合させ、Ceph が提供するほとんどの機能、機能性、回復力を活用できるようにすることです。 Ceph のオブジェクトベース モデルの利点は、ブロック デバイスとファイル システム インターフェイスがスナップショット、クローン作成、およびより優れた負荷分散サポートと連携することです。

3 番目のインターフェースはファイル システムです。いずれにしても、ファイル システムはブロック デバイスに多くのアクセシビリティと機能を提供しますが、Ceph 実装では、組み込みファイル システムによってブロック デバイス レイヤーが実際に削除され (スタック レイヤーの合計数が削減されます)、オブジェクト ストレージ バックエンドに直接接続できるようになります。これにより、メンテナンスとデバッグが非常に簡単になります。

Ceph アーキテクチャ図

Ceph は完全にコマンドラインから管理されます。 Red Hat は、Ceph の一般的な管理を簡素化する Calamari と呼ばれる Web ベースのユーザー管理インターフェースとともに Ceph を再配布しました。サーバー コンポーネントとクライアント コンポーネントが付属しており、クライアント コンポーネントは Web ベースのダッシュボードを提供します。 RESTful API を介してサーバーと直接通信します。

Ceph 自体は、特にデータの管理と拡張方法など、業界の多くの問題を解決しますが、データ管理の課題はそれだけでは終わりません。 Ceph は次の 2 つのことを実現するように設計されています: 1. ノードのクラスター全体にデータを分散することでフォールト トレランスをサポートします (レプリケーションまたは消去コーディング)。 2. ユーザーに同じデータへのアクセスを提供します。上と下で何が起こるかは、完全にストレージ管理者次第です。たとえば、Ceph フレームワークでは、ハードウェアはどのように監視されますか?ドライブ障害はどのように検出され、修正されますか?フレームワーク上で、ブロック ボリュームとファイル システム ボリュームはどのようにエクスポートされますか?これらのボリュームの高可用性はどのように実現されるのでしょうか?

ここにソフトウェア再配布業者の価値が存在します。 Red Hat、SUSE、Canonical (Ubuntu) などのベンダーは、これらすべての要素を 1 つの管理スペースに統合します。製品の信頼性を高めるために、SanDisk、SolidFire (現在は NetApp の一部) など、データ ストレージ業界の多くの大手企業が Ceph の波に加わっており、いずれも何らかの形で Ceph を使用しています。

Ceph の将来が非常に明るいことは容易に想像できます。もちろん、他のデータ ストレージ ソリューションと同様に、すべてのデータ ストレージのニーズを満たすことはできませんが、登場して多くの認知度を獲得したことから、非常に競争力があることがわかります。