开放性、可扩展性和可靠性，使Ceph 成为了存储行业中的翘楚。这是云计算和软件定义基础设施的时代，我们需要一个完全软件定义的存储，更重要的是它要为云做好了准备。无论你运行的是公有云、私有云还是混合云，Ceph 都非常合适。 
    目前Ceph 是一种已经震撼了整个存储行业的最热门的软件定义存储技术。它是一个开源项目，为块存储、文件存储和对象存储提供了统一的软件定义解决方案。Ceph 旨在提供一个扩展性强大、性能优越且无单点故障的分布式存储系统。从一开始，Ceph 就被设计为能在通用商业硬件上运行，并且支持高度扩展（逼近甚至超过艾字节的数量）。 
    如今的软件系统非常智能，已经可以最大限度地利用商业硬件来运行规模庞大的基础设施。Ceph 就是其中之一；它明智地采用商业硬件来提供企业级稳固可靠的存储系统。 
    Ceph 已被不断完善，并融入以下建设性理念： 
    每个组件能够线性扩展 
    无任何单故障点 
    解决方案必须是基于软件的、开源的、适应性强的 
    运行于现有商业硬件之上 
    每个组件必须尽可能拥有自我管理和自我修复能力 
    对象是Ceph 的基础，也是Ceph 的构建部件，并且Ceph 的对象存储很好地满足了当下及将来非结构化数据存储需求。相比传统存储解决方案，对象储存有其独特优势；我们可以使用对象存储实现平台和硬件独立。Ceph 谨慎地使用对象，通过在集群内复制对象来实现可用性；在Ceph 中，对象不依赖于物理路径，这使其独立于物理位置。这种灵活性使Ceph 能实现从PB（petabyte）级到EB（exabyte）级的线性扩展。 
    Ceph 性能强大，具有超强扩展性及灵活性。它可以帮助用户摆脱昂贵的专有存储孤岛。Ceph 是真正的在商业硬件上运行的企业级存储解决方案，是一个低成本但功能丰富的存储系统。Ceph 通用存储系统同时提供块存储、文件存储和对象存储，使客户可以按需使用。 
数据存储需求在过去的几年中爆发性增长。研究表明，大型组织中的数据每年以40%到60%的速度增长，许多公司的数据规模每年会增加一倍。IDC 分析师估计，2000 年全球共有数字数据54.4 艾字节（Exabyte）；到2007 年，达到295 艾字节；到2020 年，有望达到44 泽字节（Zettabyte）。传统存储系统无法应对这种数据增速，我们需要像Ceph 这样的分布式可扩展系统，而且最重要的是它经济实惠。Ceph 专门用来应对当今以及将来的数据存储需求。

SDS（软件定义存储） 
SDS 可以降低你存储基础设施的TCO （Total Cost of Ownership，总体拥有成本）。除降低存储成本外，SDS 还具有灵活性、可扩展性和可靠性。Ceph 是一个真正的SDS 方案，它运行在无厂商锁定的商业硬件之上，并使每GB 数据存储成本降至很低。不像传统存储 
系统硬件必须和软件绑定在一起，在SDS 中，你可以自由地从任何制造商那里选择商业硬 
件，可随意按自己的需要设计异构的硬件解决方案。Ceph 基于这些硬件，通过软件定义存储的方法来全方位地满足你的各种需求，并在软件层中提供了所有企业级存储特性。

云存储 
    云基础设施的难点之一是存储。每一个云基础设施都需要可靠的、低成本、可扩展、与云其他模块相比更紧密集成的存储系统。有很多号称云就绪的传统存储解决方案已经在市场上出现了，但如今我们的存储不仅要能够与云系统结合，还有很多其他需求。我们需要能和云系统完全集成、可提供更低TCO 且具有完全可靠性和可扩展性的存储系统。云系统是软件定义的，建立在商业硬件之上；类似地，云所需要的存储系统也必须采用同样方式，也就是基于商业硬件以及软件定义，而Ceph 是云存储的最佳选择。 
    Ceph 已迅速发展，并逐步成为真正的云存储后端。它已入驻各个大型开源云平台，比如OpenStack、CloudStack 和OpenNebula。此外，Ceph 已成功与云计算厂商如Red Hat、Canonical、Mirantis、SUSE 等建立互利伙伴关系。这些公司正帮助Ceph 经历重要时刻，包括使其作为他们Openstack 云平台的指定存储后端，这些都正逐渐使Ceph 成为云存储技术领域中炙手可热的技术。 
    OpenStack 开源项目是公有云和私有云领域的最佳范例之一。它已经被证明是一个纯粹的开源云解决方案。 OpenStack 包含很多项目，如Cinder、Glance 和Swift，可为OpenStack提供存储功能。这些OpenStack 组件需要具备像Ceph 这样可靠、可扩展、统一集成的存储后端。出于这个原因，OpenStack 和Ceph 社区已经在一起合作很多年，开发了完全兼容OpenStack 的Ceph 存储后端。 
基于Ceph 的云基础设施提供了服务供应商急需的灵活性，来建立存储即服务和基础设施即服务的解决方案。这是他们无法从其他传统企业存储解决方案中获得的，因为这些方案并不旨在满足云计算需求。通过使用Ceph，服务提供商可以提供低成本的可靠的云存储给他们的客户。

统一的下一代存储架构 
    近来，统一存储的定义已经发生变化。几年前，所谓“统一存储”指的是由一个单一的系统来提供文件存储和块存储。现在，因为最近的技术进步，例如云计算、大数据、物联网，新类型的存储一直在演变，对象存储也随之出现。因此，所有不支持对象存储的存储系统都不是真正的统一存储解决方案。真正的统一存储是像Ceph 这样的——能在一个系统中统一地提供块存储、文件存储和对象存储。 
在Ceph 中，“统一存储”这个概念比现有存储厂商所宣称的更有意义。从设计上，Ceph已经完全为未来做好了准备，被构造为能够处理海量数据。我们强调Ceph“为未来做好了准备”，是特指其对象存储功能，它比块存储和文件存储更适合当今的非结构化数据。Ceph不仅支持块存储和文件存储，更重要的是可以基于对象来实现块存储和文件存储。对象通过消除元数据操作来提供更好的性能和极大的扩展。Ceph 使用算法来动态地计算对象应当被储存和获取的位置。 
    SAN 和NAS 系统的传统存储架构是非常局限的。基本上，它们具有传统控制节点的高可用性，也就是说，一个存储控制节点出现故障后，将从第二个控制节点提供数据。但是，如果第二个控制节点同时出现故障呢？甚至更糟糕的情况，如果整个磁盘柜发生故障呢？在大多数情况下，最终会丢失数据。这种存储架构无法承受多次故障，因此绝对不是我们想要的。传统存储系统的另一个缺点是其数据存储和访问机制。它拥有一个中心元数据查找表，每次在客户端发送一个读写操作请求后，存储系统首先在巨大的元数据表中进行查找，在确定实际数据的位置后再执行客户端操作。对于较小的存储系统，你可能不会注意到性能问题，但对于一个大型存储集群，你一定会被这种方法的性能限制约束，它甚至会限制你的可扩展性。 
    Ceph 不拘泥于这样的传统存储架构；事实上，它的架构已经完全被革新了。它不再存储和处理元数据，而是引入了一个新的方法：即CRUSH（Controlled Replication UnderScalable Hashing）算法。CRUSH 表示数据存储的分布式选择算法。CRUSH 算法取代了在元数据表中为每个客户端请求进行查找，它计算系统中数据应该被写入或读出的位置。通过计算元数据，就不再需要管理元数据表了。现代计算机速度惊人，可以非常迅速地执行CRUSH 查找。此外，其计算量通常不大，还可以分布到集群的多个节点上。除此之外，CRUSH 还独具基础架构感知功能。它能理解基础设施各个部件之间的关系。CRUSH保存数据的多个副本，这样即使一个故障域的几个组件都出现故障，数据依然可用。正是得益于CRUSH 算法，Ceph 可以处理多个组件故障，以保证可靠性和持久性。 
CRUSH 算法使Ceph 实现了自我管理和自我修复。在一个故障域内某组件发生故障时，CRUSH 能感知到是哪个组件出了故障，并判断该故障对集群的影响。在没有任何管理干预情况下，CRUSH 自我管理并通过恢复因故障丢失的数据而自愈。CRUSH 从集群所维护的副本中重新产生数据。如果你已经正确配置了Ceph CRUSH map，它就会确保你的数据至少有一个副本始终可以访问。通过使用CRUSH，我们能设计出一个无单一故障点的高度可靠的存储基础设施。它使Ceph 成了一个面向未来的高可扩展和高可靠的存储系统。 

    Ceph 架构概述 
    Ceph 内部架构非常直接，下图将帮助我们理解： 

    Ceph monitor（监视器，简称MON）：Ceph monitor 通过保存一份集群状态映射来维护整个集群的健康状态。它分别为每个组件维护映射信息，包括OSD map、MONmap、PG map（会在后面的章节中讨论）和CRUSH map。所有群集节点都向MON节点汇报状态信息，并分享它们状态中的任何变化。Ceph monitor 不存储数据；这是OSD 的任务。 
    Ceph 对象存储设备（OSD）：只要应用程序向Ceph 集群发出写操作，数据就会被以对象形式存储在OSD 中。这是Ceph 集群中唯一能存储用户数据的组件，同时用户也可以发送读命令来读取数据。通常，一个OSD 守护进程会被捆绑到集群中的一块物理磁盘上。所以，在通常情况下，Ceph 集群中的物理磁盘的总数，与在磁盘上运行的存储用户数据的OSD 守护进程的数量是相同的。 
    Ceph 元数据服务器（MDS）：MDS 只为CephFS 文件系统跟踪文件的层次结构和存储元数据。Ceph 块设备和RADOS 并不需要元数据，因此也不需要Ceph MDS守护进程。MDS 不直接提供数据给客户端，从而消除了系统中的故障单点。 
    RADOS（Reliable Autonomic Distributed Object Store）：RADOS 是Ceph 存储集群的基础。在Ceph 中，所有数据都以对象形式存储，并且无论是哪种数据类型，RADOS 对象存储都将负责保存这些对象。RADOS 层可以确保数据始终保持一致。
    要做到这一点，须执行数据复制、故障检测和恢复，以及数据迁移和在所有集群节点实现再平衡。 
librados：librados 库为PHP、Ruby、Java、Python、C 和C++这些编程语言提供了方便地访问RADOS 接口的方式。同时它还为诸如RBD、RGW 和CephFS 这些组件提供了原生的接口。Librados 还支持直接访问RADOS 来节省HTTP 开销。 
    RADOS 块设备（RBD）：众所周知，RBD 是Ceph 块设备，提供持久块存储，它是自动精简配置并可调整大小的，而且将数据分散存储在多个OSD 上。RBD 服务已经被封装成了基于librados 的一个原生接口。 
    RADOS 网关接口（RGW）：RGW 提供对象存储服务。它使用librgw（Rados Gateway Library）和librados，允许应用程序与Ceph 对象存储建立连接。RGW 提供了与Amazon S3 和OpenStack Swift 兼容的RESTful API。 
    CephFS：Ceph 文件系统提供了一个使用Ceph 存储集群存储用户数据的与POSIX兼容的文件系统。和RBD、RGW 一样，CephFS 服务也基于librados 封装了原生接口。