Система распределенного хранения файлов Ceph

Применение и архитектура системы распределенного хранения файлов

Ceph — это современная распределенная система хранения данных, спроектированная с прицелом на масштабируемость, отказоустойчивость и высокую доступность. Ceph активно используется в корпоративных дата-центрах и научных учреждениях, где необходима высокая надежность, масштабируемость и независимость от конкретного оборудования. Система подходит для хранения объектов, блоков и файлов, что делает ее универсальным решением для широкого спектра задач: от виртуализации и контейнеризации до облачных хранилищ и архивирования больших объемов данных.

Архитектура Ceph основана на полностью распределенном подходе к управлению данными. Вместо использования традиционных RAID-контроллеров или выделенных NAS-решений, Ceph управляет объединененными физическими серверами, дисками и логическими ресурсами, формируя из них единую кластерную систему.

Одним из главных технических преимуществ Ceph является его способность к автоматическому восстановлению данных при выходе из строя отдельных дисков или узлов. Система использует алгоритм CRUSH (Controlled Replication Under Scalable Hashing), который определяет, где и как размещать данные без необходимости централизованной таблицы размещения. Это позволяет достичь высокой производительности и масштабируемости без узких мест.

Ceph не требует специального аппаратного обеспечения. Система может быть развернута на стандартных серверах, что значительно снижает затраты. Кроме того, Ceph поддерживает работу как с SSD, так и с NVMe-дисками, что делает ее подходящей для задач, где критична производительность. В системе обеспечивается равномерная загрузка всех узлов, а автоматическое ребалансирование данных после изменения кластера позволяет минимизировать ручное вмешательство.

Физический сервер

Физические сервера, используемые в кластере Ceph, могут быть специализированными или универсальными, в зависимости от конкретных задач. В минимальной конфигурации каждый сервер может выполнять одну или несколько ролей, включая хранение данных, управление кластером и обслуживание клиентских запросов. Наиболее распространенный тип сервера в кластере Ceph — это узел с большим количеством дисков и размещенными на нем OSD-демонами, управляющими отдельными дисками или логическими томами.

Характерной чертой Ceph является то, что роль сервера определяется не столько его физическими характеристиками, сколько конфигурацией в кластере и установленными на нем службами. Это позволяет использовать одинаковые узлы с разными логическими ролями, что упрощает масштабирование и обслуживание инфраструктуры.

Подсистемы Ceph

Ceph состоит из нескольких ключевых подсистем, каждая из которых отвечает за свою функциональность. В основе системы лежит RADOS (Reliable Autonomic Distributed Object Store) — распределенное хранилище объектов, которое обеспечивает репликацию и самовосстановление данных. Над RADOS реализуются три основных интерфейса: RBD (RADOS Block Device) для блочного хранения, CephFS — для работы с файловой системой и RGW (RADOS Gateway) — для доступа к объектному хранилищу через API.

Служебные компоненты

Управление кластером и его обслуживание обеспечиваются несколькими служебными компонентами. Ceph Monitor (MON) следит за состоянием кластера и поддерживает согласованность его карты (cluster map). Ceph Manager (MGR) предоставляет интерфейс мониторинга и управления, включая экспорт метрик, REST API и панель управления.