1 SES y Ceph #

El componente básico de Ceph se denomina RADOS (Reliable Autonomic Distributed Object Store, almacén de objetos distribuido autónomo fiable). Es el encargado de gestionar los datos almacenados en el clúster. Los datos de Ceph se almacenan normalmente como objetos. Cada objeto se compone de un identificador y datos.

RADOS proporciona los siguientes métodos de acceso para los objetos almacenados que abarcan muchos casos de uso:

librados se utiliza en Object Gateway y RBD, mientras que CephFS interactúa directamente con RADOS (Figura 1.1, “Interfaces con el almacén de objetos de Ceph”).

Figura 1.1: Interfaces con el almacén de objetos de Ceph #

 

En el núcleo de un clúster de Ceph se encuentra el algoritmo CRUSH. CRUSH es el acrónimo de Controlled Replication Under Scalable Hashing (réplica controlada bajo hash escalable). Es una función que gestiona la asignación del almacenamiento y, en comparación con otros algoritmos, necesita pocos parámetros. Es decir, que solo necesita una pequeña cantidad de información para calcular la posición de almacenamiento de un objeto. Los parámetros son un mapa actual del clúster, incluido el estado de actividad, algunas reglas de colocación definidas por el administrador y el nombre del objeto que se va a almacenar o recuperar. Con esta información, todos los nodos del clúster de Ceph pueden calcular dónde está almacenado un objeto y sus réplicas. De esta forma, la escritura o lectura de los datos se realiza de forma muy eficaz. CRUSH intenta distribuir homogéneamente los datos por todos los nodos del clúster.

El mapa de CRUSH contiene todos los nodos de almacenamiento y las reglas de colocación definidas por el administrador para almacenar los objetos en el clúster. Define una estructura jerárquica que se suele corresponder con la estructura física del clúster. Por ejemplo, los discos que contienen los datos están en hosts, los hosts están en bastidores, los bastidores en filas y las filas en centros de datos. Esta estructura se puede utilizar para definir dominios de fallo. Ceph se asegura de que las réplicas se almacenan en diferentes ramas de un dominio de fallo concreto.

Si el dominio de fallo se define en el bastidor, las réplicas de los objetos se distribuyen en distintos bastidores. Esto puede mitigar las interrupciones causadas por un conmutador que falle en un bastidor. Si una unidad de distribución de alimentación da energía a una fila de bastidores, el dominio de fallo se puede definir en la fila. Cuando se produce un fallo en la unidad de distribución de alimentación, los datos replicados siguen disponibles en las demás filas.

En Ceph, los nodos son servidores que trabajan para el clúster. Pueden ejecutar distintos tipos de daemons. Se recomienda ejecutar solo un tipo de daemon en cada nodo, excepto los daemons de Ceph Manager, que se pueden colocar junto con monitores Ceph Monitor. Cada clúster requiere al menos los daemons de Ceph Monitor, Ceph Manager y Ceph OSD:

Para utilizar CephFS, Object Gateway, NFS Ganesha o iSCSI Gateway se necesitan nodos adicionales:

Los objetos que se almacenan en un clúster de Ceph se colocan en repositorios. Los repositorios representan particiones lógicas del clúster hacia el mundo exterior. Por cada repositorio, es posible definir un conjunto de reglas; por ejemplo, cuántas réplicas de cada objeto deben existir. La configuración estándar de los repositorios se denomina repositorio replicado.

Los repositorios suelen contener objetos, pero también pueden configurarse para actuar como si fueran un sistema RAID 5. En esta configuración, los objetos se almacenan en porciones junto con porciones de código adicionales. Las porciones de código contienen información redundante. El administrador puede definir el número de datos y de porciones de código. En esta configuración, los repositorios se denominan repositorios codificados de borrado o repositorios EC.

Los grupos de colocación (PG) se utilizan para la distribución de datos dentro de un repositorio. Cuando se crea un repositorio, se define un número determinado de grupos de colocación. Los grupos de colocación se utilizan de modo interno para agrupar objetos y son un factor importante para el rendimiento de un clúster de Ceph. El grupo de colocación para un objeto se determina según el nombre del objeto.

Esta sección proporciona un ejemplo de cómo gestiona Ceph los datos (consulte la Figura 1.2, “Ejemplo de Ceph a pequeña escala”). El ejemplo no representa una configuración recomendada de un clúster de Ceph. El hardware está formado por tres nodos de almacenamiento o tres Ceph OSD (Host 1, Host 2 y Host 3). Cada nodo tiene tres discos duros que se utilizan como OSD (osd.1 a osd.9). Los nodos de Ceph Monitor no se tratan en este ejemplo.

Nota: diferencia entre Ceph OSD y OSD

Ceph OSD o daemon Ceph OSD hace referencia a un daemon que se ejecuta en un nodo, mientras que el término OSD hace referencia al disco lógico con el que interactúa el daemon.

El clúster tiene dos repositorios, Repositorio A y Repositorio B. Mientras Repositorio A replica objetos solo dos veces, la capacidad de recuperación de Repositorio B es más importante y tiene tres réplicas para cada objeto.

Cuando una aplicación coloca un objeto en un repositorio, por ejemplo, mediante la API REST, se selecciona un grupo de colocación (PG1 a PG4) según el repositorio y el nombre del objeto. El algoritmo CRUSH calcula en qué OSD se almacena el objeto, según el grupo de colocación que contiene el objeto.

En este ejemplo, el dominio de fallo está definido en el host. Esto garantiza que las réplicas de los objetos se almacenan en distintos hosts. Según el nivel de réplica que se defina para un repositorio, el objeto se almacenará en dos o en tres de los OSD que usa el grupo de colocación.

Una aplicación que escribe un objeto solo interactúa con un Ceph OSD: el Ceph OSD primario. El Ceph OSD primario se encarga de la réplica y confirma que el proceso de escritura ha terminado después de que todos los demás OSD hayan almacenado el objeto.

Si falla osd.5, todos los objetos de PG1 siguen estando disponibles en osd.1. En cuanto el clúster reconoce que un OSD ha fallado, otro OSD toma su lugar. En este ejemplo, osd.4 se utiliza como sustituto de osd.5. Los objetos almacenados en osd.1 se replican a osd.4 para restaurar el nivel de réplica.

Figura 1.2: Ejemplo de Ceph a pequeña escala #

 

Si se añade un nuevo nodo con nuevos OSD al clúster, el mapa del clúster cambia. La función CRUSH devuelve ubicaciones diferentes para los objetos. los objetos que reciben las nuevas ubicaciones se reubican. Este proceso da como resultado un uso equilibrado de todos los OSD.