Ceph (pronunciado / ˈ s ɛ f / ) es una plataforma de almacenamiento definida por software libre y de código abierto que proporciona almacenamiento de objetos , [ 7 ] almacenamiento de bloques y almacenamiento de archivos construido sobre una base común de clúster distribuido . Ceph proporciona operación distribuida sin un único punto de fallo y escalabilidad a nivel de exabyte . Desde la versión 12 (Luminous), Ceph no depende de ningún sistema de archivos convencional y administra directamente HDD y SSD con su propio backend de almacenamiento BlueStore y puede exponer un sistema de archivos POSIX .
Ceph replica datos con tolerancia a fallos [ 8 ] , utilizando hardware estándar e IP Ethernet, sin requerir soporte de hardware específico. Ceph ofrece alta disponibilidad y garantiza una sólida durabilidad de los datos mediante técnicas como la replicación, la codificación de borrado , las instantáneas y los clones. Por diseño, el sistema es autorreparable y autogestionable , lo que minimiza el tiempo de administración y otros costes.
Entre los despliegues de producción a gran escala de Ceph se incluyen CERN , [ 9 ] [ 10 ] OVH [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] y DigitalOcean . [ 15 ] [ 16 ]
Diseño

Ceph emplea cinco tipos distintos de demonios : [ 17 ]
- Los monitores de clúster ( ceph-mon ) realizan un seguimiento de los nodos del clúster activos y fallidos, la configuración del clúster e información sobre la ubicación de los datos y el estado global del clúster.
- OSD ( ceph-osd ) que gestionan dispositivos de almacenamiento de datos masivos directamente a través del backend BlueStore, [ 18 ] que desde la versión v12.x reemplaza el backend Filestore [ 19 ] , que se implementó sobre un sistema de archivos tradicional.
- Servidores de metadatos ( ceph-mds ) que mantienen y gestionan el acceso a los inodos y directorios dentro de un sistema de archivos CephFS.
- Puertas de enlace HTTP ( ceph-rgw ) que exponen la capa de almacenamiento de objetos como una interfaz compatible con las API de Amazon S3 o OpenStack Swift.
- Administradores ( ceph-mgr ) que realizan tareas de monitoreo, contabilidad y mantenimiento del clúster, y se conectan a sistemas de monitoreo y administración externos (por ejemplo, balanceador, panel de control, Prometheus , complemento de Zabbix) [ 20 ].
Todos estos sistemas están completamente distribuidos y pueden implementarse en servidores dedicados independientes o en una topología convergente . Los clientes con diferentes necesidades interactúan directamente con los componentes del clúster correspondientes. [ 21 ]
Ceph distribuye los datos entre múltiples dispositivos y nodos de almacenamiento para lograr un mayor rendimiento, de forma similar a RAID . Admite el balanceo de carga adaptativo , lo que permite replicar los servicios a los que se accede con frecuencia en más nodos. [ 22 ]
A partir de septiembre de 2017 BlueStore es el backend de almacenamiento predeterminado y recomendado para entornos de producción, [ 23 ] que proporciona una mejor latencia y configurabilidad que el backend Filestore anterior, y evita las deficiencias del almacenamiento basado en sistemas de archivos que implican capas adicionales de procesamiento y almacenamiento en caché. El backend Filestore quedará obsoleto a partir del lanzamiento de Reef a mediados de 2023. XFS era el sistema de archivos subyacente recomendado para los OSD de Filestore, y Btrfs podía usarse bajo la propia responsabilidad. Los sistemas de archivos ext4 no se recomendaban debido a la limitada capacidad de metadatos. [ 24 ] El backend BlueStore todavía usa XFS para una pequeña partición de metadatos. [ 25 ]
Almacenamiento de objetos S3

Ceph implementa el almacenamiento distribuido de objetos a través de RADOS GateWay ( ceph-rgw ), que expone la capa de almacenamiento subyacente mediante una interfaz compatible con Amazon S3 u OpenStack Swift .
Las implementaciones de Ceph RGW se escalan fácilmente y a menudo utilizan medios de almacenamiento grandes y densos para casos de uso masivos que incluyen Big Data (datalake), copias de seguridad y archivos , IoT , medios, grabación de vídeo e imágenes de implementación para máquinas virtuales y contenedores . [ 26 ]
Las bibliotecas de software de Ceph proporcionan a las aplicaciones cliente acceso directo al sistema de almacenamiento basado en objetos RADOS ( Reliable Autonomic Distributed Object Store ). Las bibliotecas más utilizadas son las de los servicios RADOS Block Device (RBD), RADOS Gateway y Ceph File System . De esta forma, los administradores pueden gestionar sus dispositivos de almacenamiento dentro de un sistema unificado, lo que facilita la replicación y la protección de los datos.
Las bibliotecas de software "librados" proporcionan acceso en C , C++ , Java , PHP y Python . El RADOS Gateway también expone el almacén de objetos como una interfaz RESTful que puede presentarse como API nativas de Amazon S3 y OpenStack Swift .
Almacenamiento en bloques
Ceph puede proporcionar a los clientes dispositivos de bloques con aprovisionamiento ligero . Cuando una aplicación escribe datos en Ceph mediante un dispositivo de bloques, Ceph distribuye y replica automáticamente los datos en todo el clúster. El dispositivo de bloques RADOS (RBD) de Ceph también se integra con máquinas virtuales basadas en el kernel (KVM).
El almacenamiento en bloques de Ceph se puede implementar en discos duros tradicionales o en unidades de estado sólido (SSD) asociadas al almacenamiento en bloques de Ceph para diversos casos de uso, como bases de datos, máquinas virtuales, análisis de datos, inteligencia artificial y aprendizaje automático. Los clientes de almacenamiento en bloques suelen requerir un alto rendimiento y un elevado número de operaciones de entrada/salida por segundo (IOPS) , por lo que las implementaciones de Ceph RBD utilizan cada vez más unidades SSD con interfaces NVMe .
RBD se basa en el sistema de almacenamiento de objetos RADOS de Ceph, que proporciona la interfaz librados y el sistema de archivos CephFS. Al estar basado en librados, RBD hereda sus capacidades, incluyendo clones e instantáneas . Al distribuir los volúmenes en franjas por todo el clúster, Ceph mejora el rendimiento de las imágenes de dispositivos de bloques de gran tamaño.
Ceph-iSCSI es una puerta de enlace que permite el acceso a almacenamiento en bloques distribuido y de alta disponibilidad desde servidores o clientes Microsoft Windows y VMware vSphere compatibles con el protocolo iSCSI . Al usar ceph-iSCSI en uno o más hosts de puerta de enlace iSCSI, las imágenes Ceph RBD se convierten en unidades lógicas (LU) asociadas a destinos iSCSI, a las que se puede acceder de forma opcionalmente balanceada y con alta disponibilidad.
Dado que la configuración de ceph-iscsi se almacena en el almacén de objetos Ceph RADOS, los hosts de puerta de enlace ceph-iscsi carecen inherentemente de estado persistente y, por lo tanto, pueden reemplazarse, ampliarse o reducirse según se desee. En consecuencia, Ceph Storage permite a los clientes ejecutar tecnología de almacenamiento empresarial en hardware estándar y una plataforma completamente de código abierto.
El dispositivo de bloques se puede virtualizar, proporcionando almacenamiento en bloques a máquinas virtuales, en plataformas de virtualización como OpenShift , OpenStack , Kubernetes , OpenNebula , Ganeti , Apache CloudStack y Proxmox Virtual Environment .
Almacenamiento de archivos
El sistema de archivos de Ceph (CephFS) se ejecuta sobre la misma infraestructura RADOS que los servicios de almacenamiento de objetos y dispositivos de bloques de Ceph. El servidor de metadatos de CephFS (MDS) proporciona un servicio que asigna los directorios y nombres de archivo del sistema de archivos a los objetos almacenados en los clústeres RADOS. El clúster del servidor de metadatos puede expandirse o contraerse, y puede reequilibrar dinámicamente la jerarquía de metadatos del sistema de archivos para distribuir los datos de manera uniforme entre los hosts del clúster. Esto garantiza un alto rendimiento y evita sobrecargas en hosts específicos dentro del clúster.
Los clientes montan el sistema de archivos compatible con POSIX mediante un cliente del kernel de Linux . También está disponible un cliente más antiguo basado en FUSE . Los servidores se ejecutan como demonios Unix normales .
El almacenamiento de archivos de Ceph suele asociarse con la recopilación de registros, la mensajería y el almacenamiento de archivos.
Panel

Desde 2018 también existe un proyecto de interfaz web Dashboard, que ayuda a administrar el clúster. Está siendo desarrollado por la comunidad Ceph bajo la licencia LGPL-3 y utiliza ceph-mgr , Python , Angular y Grafana . [ 27 ] Su página de inicio se actualizó a principios de 2023. [ 28 ]
Se desarrollaron paneles de control anteriores, pero ahora están cerrados: Calamari (2013–2018), OpenAttic (2013–2019), VSM (2014–2016), Inkscope (2015–2016) y Ceph-Dash (2015–2017). [ 29 ]
Carmesí
Desde 2019, el proyecto Crimson ha estado reimplementando la ruta de datos OSD. El objetivo de Crimson es minimizar la latencia y la sobrecarga de la CPU. Los dispositivos e interfaces de almacenamiento modernos, incluidos NVMe y 3D XPoint, se han vuelto mucho más rápidos que los HDD e incluso los SSD SAS/SATA , pero el rendimiento de la CPU no ha seguido el mismo ritmo. Además, crimson-osd está diseñado para ser un reemplazo directo y retrocompatible para ceph-osd . Si bien Crimson puede trabajar con el backend BlueStore (a través de AlienStore), también se está desarrollando una nueva implementación nativa de ObjectStore llamada SeaStore junto con CyanStore para fines de prueba. Una razón para crear SeaStore es que el soporte de transacciones en el backend BlueStore lo proporciona RocksDB , que necesita ser reimplementado para lograr un mejor paralelismo. [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]
Historia
Ceph fue creado por Sage Weil para su tesis doctoral , [ 33 ] que fue dirigida por el profesor Scott A. Brandt en la Escuela de Ingeniería Jack Baskin , Universidad de California, Santa Cruz (UCSC), y patrocinada por el Programa Avanzado de Simulación y Computación (ASC), que incluye el Laboratorio Nacional de Los Alamos (LANL), los Laboratorios Nacionales Sandia (SNL) y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL). [ 34 ] La primera línea de código que terminó siendo parte de Ceph fue escrita por Weil en 2004 mientras estaba en una pasantía de verano en LLNL, trabajando en la gestión escalable de metadatos del sistema de archivos (conocido hoy como MDS de Ceph). [ 35 ] En 2005, como parte de un proyecto de verano iniciado por Scott A. Brandt y dirigido por Carlos Maltzahn, Weil creó un prototipo de sistema de archivos completamente funcional que adoptó el nombre de Ceph. Ceph hizo su debut con Weil dando dos presentaciones en noviembre de 2006, una en USENIX OSDI 2006 [ 36 ] y otra en SC '06. [ 37 ]
Tras su graduación en otoño de 2007, Weil continuó trabajando a tiempo completo en Ceph, y el equipo de desarrollo principal se amplió para incluir a Yehuda Sadeh Weinraub y Gregory Farnum. El 19 de marzo de 2010, Linus Torvalds integró el cliente Ceph en la versión 2.6.34 del kernel de Linux [ 38 ] [ 39 ] , que se publicó el 16 de mayo de 2010. En 2012, Weil creó Inktank Storage para servicios profesionales y soporte para Ceph. [ 40 ] [ 41 ]
En abril de 2014, Red Hat compró Inktank, integrando la mayor parte del desarrollo de Ceph internamente para convertirlo en una versión de producción para empresas con soporte (línea directa) y mantenimiento continuo (nuevas versiones). [ 42 ]
En octubre de 2015, se formó el Consejo Asesor de la Comunidad Ceph para ayudar a la comunidad a impulsar la dirección de la tecnología de almacenamiento definido por software de código abierto. El consejo asesor fundacional incluye miembros de la comunidad Ceph de organizaciones de TI globales comprometidas con el proyecto Ceph, incluyendo personas de Red Hat , Intel , Canonical , CERN , Cisco , Fujitsu , SanDisk y SUSE . [ 43 ]
En noviembre de 2018, la Linux Foundation lanzó la Ceph Foundation como sucesora del Ceph Community Advisory Board. Entre los miembros fundadores de la Ceph Foundation se encontraban Amihan, Canonical , China Mobile , Croit, DigitalOcean , Intel , OVH , ProphetStor Data Services, Red Hat , SoftIron, SUSE , Western Digital , XSKY Data Technology y ZTE . [ 44 ]
En marzo de 2021, SUSE descontinuó su producto Enterprise Storage que incorporaba Ceph en favor de Longhorn de Rancher , [ 45 ] y el antiguo sitio web de Enterprise Storage se actualizó indicando que "SUSE ha reorientado sus esfuerzos de almacenamiento hacia el servicio a nuestros clientes estratégicos de SUSE Enterprise Storage y ya no vende activamente SUSE Enterprise Storage". [ 46 ]
Historial de lanzamientos
Plataformas disponibles
Aunque Ceph fue diseñado principalmente para Linux , también se ha adaptado parcialmente a la plataforma Windows. Está listo para producción en Windows Server 2016 (algunos comandos podrían no estar disponibles debido a la falta de implementación de sockets UNIX ), Windows Server 2019 y Windows Server 2022 , pero las pruebas y el desarrollo también se pueden realizar en Windows 10 y Windows 11. Se puede usar Ceph RBD y CephFS en Windows, pero OSD no es compatible con esta plataforma. [ 58 ] [ 5 ] [ 59 ]
También existe una implementación de Ceph en FreeBSD . [ 4 ]
Microcefalia
MicroCeph es un sistema de implementación de Ceph simplificado para usuarios no expertos que utiliza el sistema de empaquetado snap , creado por Canonical en 2022. [ 60 ] Está aislado del host subyacente, es independiente de la plataforma, escalable y ofrece una mínima sobrecarga de configuración y mantenimiento. [ 61 ] MicroCeph admite todos los protocolos de acceso a datos de Ceph (bloque, archivo y objeto) y puede implementarse con cifrado de disco completo. [ 62 ]
Etimología
El nombre "Ceph" es una forma abreviada de " cefalópodo ", una clase de moluscos que incluye calamares, sepias, nautiloideos y pulpos. El nombre (enfatizado por el logotipo) sugiere el comportamiento altamente paralelo de un pulpo y fue elegido para asociar el sistema de archivos con "Sammy", la mascota de la babosa banana de la UCSC . [ 17 ] Tanto los cefalópodos como las babosas banana son moluscos.
Véase también
- BeeGFS
- Sistema de archivos distribuido
- Sistemas de archivos distribuidos, paralelos y tolerantes a fallos
- Sistema de archivos Gfarm
- GlusterFS
- GPFS
- Kubernetes
- LagartoFS
- Lustre
- MapaR FS
- Sistema de archivos Moose
- OrangeFS
- Sistema de archivos virtuales paralelos
- Sistema de archivos Quantcast
- RozoFS
- Almacenamiento definido por software
- XtreemFS
- ZFS
- Comparación de sistemas de archivos distribuidos
Referencias
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Enlaces externos
- Sistemas de archivos distribuidos compatibles con el kernel de Linux
- Software libre programado en C++
- Software libre programado en Python
- Sistemas de archivos de red
- Software Red Hat
- Software que utiliza la Licencia Pública General Reducida de GNU.
- Sistemas de archivos de espacio de usuario
- Software de virtualización para Linux