Ceph分布式存储系统研究.pdf
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1、2023 年第 6 期38科技、经济、市场技术平台Ceph分布式存储系统研究武 枫(汉江师范学院,湖北 十堰 442000)摘 要:当前分布式存储技术发展迅猛,各式各样的分布式存储系统层出不穷,然而大多仍基于主从架构设计的思想。文章首先介绍了Ceph这一开源的、去中心化设计的分布式存储系统;其次基于特定版本的Ceph源码,对Ceph系统中OSD模块的读写流程进行了分析;最后基于搭建的Ceph系统,对该系统进行读写的压力测试,分析了各种因素下Ceph读取数据时的I/O性能,以期为今后在生产环境部署和使用Ceph时提供实验数据方面的论证。关键词:分布式存储系统;Ceph;去中心化;性能测试0 引言
2、近年来,随着信息化技术的不断发展及其在各行各业的深入融合,数据量和计算量呈几何倍的增长态势,单机瓶颈的现象日益突出。在当下大数据信息时代,如果不具备处理和分析海量数据的能力,则企业无法通过获取更多有价值的数据创造更多利润。面对这一现象,众多的分布式计算框架和分布式存储系统如雨后春笋般涌现。目前,主流分布式存储系统,如hadoop分布式文件系统(Hadoop Distribute File system,HDFS)等都采用主从架构的设计思想,在这种方式下,用户访问数据时虽然是多对多的直接访问,但元数据的查询与访问请求仍集中在少数元数据服务器上,成为了限制整个系统性能的瓶颈。针对此问题,一款开源的
3、无中心化设计思想的分布式文件系统Ceph提出了解决方案。通过可控的、可扩展的、分布式的副本数据放置算法(Controlled Scalable Decentralized Placement of Replicated Data,CRUSH)计算数据存储的地址,对象的元数据分布在各台物理机,其扁平化的寻址设计使得Ceph客户端可以和存储集群中的任意节点进行通信,从而解决了主从架构模型存在的缺陷。正是Ceph分布式文件系统的特性,使得它一经发布就得到了学术界和工业界的广泛支持。1 Ceph简介Ceph是一个提供了块存储、文件存储、对象存储3种存储方式的高度统一的分布式存储系统,允许用户自己选择所
4、需的方式存储数据。此外,Ceph不仅是一款开源的软件使用免费,而且具有高可靠性,提供Web管理界面,拥有组织管理海量数据的能力且易于扩展,允许成千上万的客户端访问PB级甚至更高级别数据,能够在各种“云”上运行,对硬件无特殊的需求,可以运行在没有厂商锁定的普通硬件上,从软件层上满足企业的各种存储需求。一个Ceph集群(Ceph Storage Cluster)由大量的Ceph节点(Ceph Node)构成,集群通过各节点之间的相互通信保证系统的动态复制和数据迁移。Ceph的逻辑架构见图1。图1 Ceph逻辑架构图(1)Ceph最底层是基础存储系统(Reliable,Aut-onomic Dist
5、ributed Object Store,RADOS),它是由大量存储节点组成的一个可靠的自主分布式对象存储基金项目:汉江师范学院科学研究计划项目“基于spark技术的学生课堂行为分析与检测研究”(课题编号:XJ2021001102)。科技、经济、市场2023 年第 6 期39技术平台集群系统,简称RADOS。(2)LIBRADOS是基础库,它位于RADOS的上一层,该层负责对RADOS层进行封装,提供了大量灵活操作底层RADOS的接口。(3)LIBRADOS层的上面就是应用接口层,该层提供了3种接口,用于满足不同用户在不同场景下的业务需求。(4)最上层是应用层,该层适用于不同场景下对Ceph
6、各个应用接口的各种应用访问。例如:兼容S3和Swift接口协议的对象存储访问,基于RBD的云主机访问、基于CephFS的文件存储等。2 OSD读写流程Ceph系统的librados提供了面向对象的高度封装的读写接口,并在此基础上实现了文件的读写流程。本小节基于Ceph源码的方式追踪Ceph在对象存储设备(Object Storage Device,OSD)模块的读写流程(见图2)。图2 Ceph读写流程在rbd上 处 理 完 毕 后,OSD模 块 的ms_fast_dispatch作为接受message的入口函数,会负责检查service服务,并将message封装成oprequest。此外,
7、还会获取session信息和集群最新的osdmap。随后,dispatch_session_waiting函数会循环依次处理队列waiting_on_map中的元素,处理逻辑是将这些元素和OSDmap进行对比,获取他们的pgid,然后调用enqueue_op函数处理。enqueue_op函数会更新osdmap并调用do_request从而进入PG处理流程。do_request函数负责检查PG状态,根据消息类型进行不同处理。下一步是处理find_object_context函数,该函数主要根据不同情况调用PrimaryLogPG:get_object_context函数获取对象上下文。最后通过e
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