分布式存储Ceph(一)

 1.本地文件系统
     ntfs(wind)、ext2、ext3、ext4、xfs
     
     ext2不带日志，3和4带有日志：文件系统的日志作用（防止机器突然断电）：所有的数据在给磁盘存数据之前会先给文件系统的日志里面存一份，防止机器突然断电之后数据没有存完，这样它还可以从日志里面重新将数据拷贝到磁盘。
             
 2.网络文件系统----做远程共享    
     
     非分布式
         nfs           网络文件系统--称之为nas存储（网络附加存储）
     分布式
         hdfs          分布式网络文件系统
         glusterfs     分布式网络文件系统，不需要管理服务器
         ceph         分布式网络文件系统，块存储，对象存储
         
         #分布式文件系统特点
             1.共享的是文件系统。共享的最小单位是文件
             2.可扩展性强、安全。实现PB级别的存储
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 #分布式文件系统存储使用架构
                              client
                                 |
                             namenode  元数据服务器-管理服务器，存储这个文件的数据存放的位置信息    
                                 |
                 ------------------------------------
                 |               |                  |
               datanode        datanode            datanode  #存储数据，数据节点
  
 #对象存储使用架构
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                              client
                                 |
                             namenode  元数据服务器-管理服务器，存储这个文件的属性信息    
                                 |
                 ------------------------------------
                 |               |                  |
               datanode        datanode            datanode  #存储数据的数据节点
         
 #注意：
         1.分布式存储不一定是对象存储，所有的对象存储一定是分布式存储
         2.分布式文件系统的元数据服务器存储的各个数据的位置信息
         3.对象存储服务的的元数据服务器存储的是数据的属性信息
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 非分布式文件系统
 #典型设备： FTP、NFS服务器
 为了克服块存储文件无法共享的问题，所以有了文件存储。在服务器上安装FTP与NFS服务，就是文件存储。
 优点：
             造价低，随便一台机器就可以了。
             方便文件共享。
 缺点：
             读写速率低。
             传输速率慢。
 使用场景：
             日志存储。
             有目录结构的文件存储。
     
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 3.分布式文件系统的特性
         可扩展
         分布式存储系统可以扩展到几百台甚至几千台的集群规模，而且随着集群规模的增长，系统整体性能表现为线性增长。分布式存储的水平扩展有以下几个特性：
           1) 节点扩展后，旧数据会自动迁移到新节点，实现负载均衡，避免单点故障的情况出现;
           2) 水平扩展只需要将新节点和原有集群连接到同一网络，整个过程不会对业务造成影响;
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         低成本
         分布式存储系统的自动容错、自动负载均衡机制使其可以构建在普通的PC机之上。
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         易管理
         可通过一个简单的WEB界面就可以对整个系统进行配置管理，运维简便，极低的管理成本。
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 4.块存储
     #块存储的特点：
     1.主要是将裸磁盘空间映射给主机使用的，共享的最小单位是块
     2.使用的交换机是光纤交换机价格贵成本高
     3.性能最好，扩展性好
     4.不能做文件系统的共享
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         最典型的就是SAN（storage area network）(存储区域网)----有一个局域网里面有一个交换机，交换机上面连着服务器，所有服务器都是专业存储的设备，他们组成一个存储区域网，当我们用的时候只需要在这个区域网里面拿空间使用
         
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 #典型设备： 磁盘阵列，硬盘
 优点：
         通过Raid与LVM等手段，对数据提供了保护。
         多块廉价的硬盘组合起来，提高容量。
         多块磁盘组合出来的逻辑盘，提升读写效率。
 缺点：
         采用SAN架构组网时，光纤交换机，造价成本高。
         主机之间无法共享数据。
 使用场景：
         虚拟机磁盘存储分配。
         日志存储。
         文件存储。
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 5.对象存储                   
     为什么需要对象存储？
     首先，一个文件包含了属性（术语叫metadata，元数据，例如该文件的大小、修改时间、存储路径等）以及内容（以下简称数据）。
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     而对象存储则将元数据独立了出来，控制节点叫元数据服务器（服务器+对象存储管理软件），里面主要负责存储对象的属性（主要是对象的数据被打散存放到了那几台分布式服务器中的信息），而其他负责存储数据的分布式服务器叫做OSD，主要负责存储文件的数据部分。当用户访问对象，会先访问元数据服务器，元数据服务器只负责反馈对象存储在哪些OSD，假设反馈文件A存储在B、C、D三台OSD，那么用户就会再次直接访问3台OSD服务器去读取数据。
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     由于是3台OSD同时对外传输数据，所以传输的速度就加快了。当OSD服务器数量越多，这种读写速度的提升就越大，通过此种方式，实现了读写快的目的。
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     另一方面，对象存储软件是有专门的文件系统的，所以OSD对外又相当于文件服务器，那么就不存在文件共享方面的困难了，也解决了文件共享方面的问题。
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     #所以对象存储的出现，很好地结合了块存储与文件存储的优点。
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 #优点：
         具备块存储的读写高速。
         具备文件存储的共享等特性。
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 使用场景： (适合更新变动较少的数据)
         图片存储。
         视频存储。                 

 高扩展性：使用普通x86服务器，支持10~1000台服务器，支持TB到EB级的扩展。
 高可靠性：没有单点故障，多数据副本，自动管理，自动修复。
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 #可用于对象存储，块设备存储和文件系统存储

 Reliable, Autonomic, Distributed Object Store，即可靠的、自动化的、分布式的对象存储。所有存储在Ceph系统中的用户数据事实上最终都是由这一层来存储的。Ceph的高可靠、高可扩展、高性能、高自动化等等特性本质上也是由这一层所提供的。

 这一层的功能是对RADOS进行抽象和封装，并向上层提供API，以便直接基于RADOS进行应用开发。由于RADOS是一个对象存储系统，因此，librados实现的API也只是针对对象存储功能的。
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 RADOS是协议很难直接访问，因此上层的RBD、RGW和CephFS都是通过librados访问的，目前提供PHP、Ruby、Java、Python、C和C++支持。

 radosgw: 对象网关接口(对象存储)
 rbd: 块存储
 cephfs：文件系统存储
 其作用是在librados库的基础上提供抽象层次更高、更便于应用或客户端使用的上层接口。

 OSD全称Object Storage Device，也就是负责响应客户端请求返回具体数据的进程。一个Ceph集群一般都有很多个OSD。用于集群中所有数据与对象的存储。处理集群数据的复制、恢复、回填、再均衡。并向其他osd守护进程发送心跳，然后向Mon提供一些监控信息。
 当Ceph存储集群设定数据有两个副本时（一共存两份），则至少需要两个OSD守护进程即两个OSD节点，集群才能达到active+clean状态.

 MDS全称Ceph Metadata Server，是CephFS服务依赖的元数据服务。为Ceph文件系统提供元数据计算、缓存与同步（也就是说，Ceph 块设备和 Ceph 对象存储不使用MDS ）。在ceph中，元数据也是存储在osd节点中的，mds类似于元数据的代理缓存服务器。只有需要使用CEPHFS时，才需要配置MDS节点。

 监控整个集群的状态，保证集群数据的一致性。

 用于收集ceph集群状态、运行指标，比如存储利用率、当前性能指标和系统负载。对外提供 ceph dashboard（ceph ui）。

 ceph client：访问 ceph 底层服务或组件，对外提供各种接口。比如：对象存储接口、块存储接口、文件级存储接口。
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 ceph node：ceph 底层服务提供端，也就是 ceph 存储集群。

 Ceph最底层的存储最小单位是Object--对象，每个Object包含元数据和原始数据。

 PG全称Placement Groups，是一个逻辑的概念，一个PG包含多个OSD。引入PG这一层其实是为了更好的分配数据和定位数据。

 CRUSH是Ceph底层使用的数据分布算法，让数据分配到预期的地方。

 RBD全称RADOS block device，是Ceph对外提供的块设备服务

 RGW全称RADOS gateway，是Ceph对外提供的对象存储服务，接口与S3和Swift兼容。

 CephFS全称Ceph File System，是Ceph对外提供的分布式文件存储服务。
 Ceph数据的存储过程
 

无论使用哪种存储方式（对象、块、挂载），`存储的数据都会被切分成对象（Objects）`。Objects size大小可以由管理员调整，通常为2M或4M。`每个对象都会有一个唯一的OID，由ino与ono生成，ino即是文件的File ID，用于在全局唯一标示每一个文件，而ono则是分片的编号`。比如：一个文件FileID为A，它被切成了两个对象，一个对象编号0，另一个编号1，那么这两个文件的oid则为A0与A1。Oid的好处是可以唯一标示每个不同的对象，并且存储了对象与文件的从属关系。由于ceph的所有数据都虚拟成了整齐划一的对象，所以在读写时效率都会比较高。
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 但是对象并不会直接存储进OSD中，因为对象的size很小，在一个大规模的集群中可能有几百到几千万个对象。这么多对象光是遍历寻址，速度都是很缓慢的；并且如果将对象直接通过某种固定映射的哈希算法映射到osd上，当这个osd损坏时，对象无法自动迁移至其他osd上面。为了解决这些问题，ceph引入了归置组的概念，即PG。
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 PG是一个逻辑概念，我们linux系统中可以直接看到对象，但是无法直接看到PG。它在数据寻址时类似于数据库中的索引：每个对象都会固定映射进一个PG中，所以当我们要寻找一个对象时，只需要先找到对象所属的PG，然后遍历这个PG就可以了，无需遍历所有对象。而且在数据迁移时，也是以PG作为基本单位进行迁移，ceph不会直接操作对象。
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 对象时如何映射进PG的？还记得OID么？`首先使用静态hash函数对OID做hash取出特征码，用特征码与PG的数量去模，得到的序号则是PGID。`
 `最后PG会根据管理员设置的副本数量进行复制，然后通过crush算法存储到不同的OSD节点上（其实是把PG中的所有对象存储到节点上）`，第一个osd节点即为主节点，其余均为从节点。