Ceph（ソフトウェア）

Ceph ストレージ
原作者インクタンク保管場所:
  • 賢者ウェイル
  • イェフダ・サデ・ウェインラウブ
  • グレゴリー・ファーナム
  • ジョシュ・ダージン
  • サミュエル・ジャスト
  • ウィド・デン・ホランダー
開発者
安定版リリース
20.2.0 [ 2 ] ウィキデータで編集する（触手） / 2025年11月18日
リポジトリ
書かれたC++、Python [ 3 ]
オペレーティング·システムLinux、FreeBSD、[ 4 ]、Windows [ 5 ]
タイプ分散オブジェクトストア
ライセンスLGPLv2.1 [ 6 ]
Webサイトセフ.io

Ceph（発音：/ ˈ s ɛ f /）は、共通の分散クラスタ基盤上に構築されたオブジェクトストレージ、[ 7 ] 、ブロックストレージ、およびファイルストレージを提供する、無料のオープンソースソフトウェア定義ストレージプラットフォームです。Cephは、単一障害点のない分散運用とエクサバイトレベルの拡張性を提供します。バージョン12（Luminous）以降、Cephは他の従来のファイルシステムに依存せず、独自のストレージバックエンドBlueStoreを使用してHDDとSSDを直接管理し、 POSIXファイルシステムを公開できます。

Cephは、汎用ハードウェアとイーサネットIPを使用し、特別なハードウェアサポートを必要とせずに、フォールトトレランスを備えたデータ複製を実現します[ 8 ] 。Cephは可用性が高く、レプリケーション、イレイジャーコーディング、スナップショット、クローンなどの技術により、強力なデータ耐久性を保証します。設計上、システムは自己修復と自己管理の両方を備えており、管理時間やその他のコストを最小限に抑えます。

Cephの大規模導入事例としては、CERN、[ 9 ] [ 10 ] OVH [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] DigitalOcean [ 15 ] [ 16 ]などがある。

デザイン

Cephの内部構成の概要[ 17 ]：4

Cephは5つの異なる種類のデーモンを採用している: [ 17 ]

  • アクティブなクラスターノードと障害のあるクラスターノード、クラスター構成、データの配置とグローバル クラスターの状態に関する情報を追跡するクラスター モニター ( ceph-mon )。
  • OSD（ceph-osd）はBlueStoreバックエンド[ 18 ]を介してバルクデータストレージデバイスを直接管理します。v12.xリリース以降、従来のファイルシステム上に実装されていたFilestore [ 19 ]バックエンドに取って代わりました。
  • CephFS ファイルシステム内のinodeとディレクトリへのアクセスを維持および仲介するメタデータサーバー ( ceph-mds )
  • オブジェクトストレージ層をAmazon S3またはOpenStack Swift APIと互換性のあるインターフェースとして公開するHTTPゲートウェイ ( ceph-rgw )
  • クラスタの監視、記録、メンテナンスタスクを実行し、外部の監視システムや管理（バランサ、ダッシュボード、Prometheus、Zabbixプラグインなど）とのインターフェースを提供するマネージャ（ceph-mgr ） [ 20 ]

これらはすべて完全に分散されており、独立した専用サーバー上に導入することも、統合トポロジー内に導入することもできます。異なるニーズを持つクライアントは、適切なクラスタコンポーネントと直接やり取りします。[ 21 ]

Cephは、 RAIDに似た方法で、複数のストレージデバイスとノードにデータを分散することで、より高いスループットを実現します。頻繁にアクセスされるサービスを複数のノードに複製できる適応型負荷分散がサポートされています。 [ 22 ]

2017年9月現在、BlueStoreは実稼働環境のデフォルトかつ推奨されるストレージバックエンドです。[ 23 ]これは、従来のFilestoreバックエンドよりもレイテンシと構成性に優れ、追加の処理層やキャッシュ層を必要とするファイルシステムベースのストレージの欠点を回避します。Filestoreバックエンドは、2023年半ばのReefリリースをもって廃止される予定です。Filestore OSDの推奨基盤ファイルシステムはXFSであり、 Btrfsは自己責任で使用できます。ext4ファイルシステムはメタデータ容量の制限のため推奨されませんでした。[ 24 ] BlueStoreバックエンドは、小さなメタデータパーティションにはまだXFSを使用しています。[ 25 ]

オブジェクトストレージS3

Ceph ストレージ プラットフォームのコンポーネント間の関係を示すアーキテクチャ図

Ceph はRADOS GateWay ( ceph-rgw ) を介して分散オブジェクト ストレージを実装し、 Amazon S3またはOpenStack Swiftと互換性のあるインターフェイスを介して基礎となるストレージ層を公開します。

Ceph RGWの導入は容易に拡張でき、ビッグデータ（データレイク）、バックアップとアーカイブ、IoT、メディア、ビデオ録画、仮想マシンやコンテナの展開イメージなどの大量のユースケースに大規模で高密度なストレージメディアを活用することが多い。[ 26 ]

Cephのソフトウェアライブラリは、クライアントアプリケーションに、信頼性の高い自律分散オブジェクトストア（RADOS）オブジェクトベースストレージシステムへの直接アクセスを提供します。より頻繁に使用されるのは、CephのRADOSブロックデバイス（RBD）、RADOSゲートウェイ、およびCephファイルシステムサービス用のライブラリです。これにより、管理者はストレージデバイスを統一されたシステム内で管理できるため、データの複製と保護が容易になります。

「librados」ソフトウェアライブラリは、 C、C++、Java、PHP、Pythonでのアクセスを提供します。RADOS Gateway は、オブジェクトストアをRESTfulインターフェースとして公開し、ネイティブAmazon S3とOpenStack Swift API の両方として利用できます。

ブロックストレージ

Cephは、シンプロビジョニングされたブロックデバイスをクライアントに提供できます。アプリケーションがブロックデバイスを使用してCephにデータを書き込むと、Cephは自動的にデータをストライプ化し、クラスター全体に複製します。CephのRADOSブロックデバイス（RBD）は、カーネルベース仮想マシン（KVM）とも統合されています。

Cephブロックストレージは、データベース、仮想マシン、データ分析、人工知能、機械学習などのユースケース向けに、Cephのブロックストレージに関連付けられた従来のHDDやSSD上に導入できます。ブロックストレージクライアントは高いスループットとIOPSを要求することが多いため、Ceph RBDの導入ではNVMeインターフェースを備えたSSDの利用が増えています。

「RBD」は、Cephの基盤となるRADOSオブジェクトストレージシステム上に構築されており、libradosインターフェースとCephFSファイルシステムを提供します。RBDはlibrados上に構築されているため、クローンやスナップショットなど、libradosの機能を継承しています。クラスター全体にボリュームをストライピングすることで、Cephは大規模なブロックデバイスイメージのパフォーマンスを向上させます。

「Ceph-iSCSI」は、 iSCSIプロトコルに対応したMicrosoft WindowsおよびVMware vSphereサーバーまたはクライアントから、分散型の高可用性ブロックストレージへのアクセスを可能にするゲートウェイです。1台以上のiSCSIゲートウェイホストでceph-iscsiを使用することで、Ceph RBDイメージはiSCSIターゲットに関連付けられた論理ユニット（LU）として利用可能になり、必要に応じて負荷分散された高可用性方式でアクセスできるようになります。

ceph-iscsi の設定は Ceph RADOS オブジェクトストアに保存されるため、ceph-iscsi ゲートウェイホストは本質的に永続的な状態を持たないため、必要に応じて置き換え、拡張、縮小することができます。その結果、Ceph Storage は、コモディティハードウェアと完全にオープンソースのプラットフォーム上で、真に分散型で高可用性、耐障害性、自己修復性を備えたエンタープライズストレージテクノロジーを実行することを可能にします。

ブロック デバイスは仮想化可能で、OpenShift、OpenStack、Kubernetes、OpenNebula、Ganeti、Apache CloudStack、Proxmox Virtual Environmentなどの仮想化プラットフォームで仮想マシンにブロック ストレージを提供します。

ファイルストレージ

Cephのファイルシステム（CephFS）は、Cephのオブジェクトストレージおよびブロックデバイスサービスと同じRADOS基盤上で動作します。CephFSメタデータサーバー（MDS）は、ファイルシステムのディレクトリとファイル名をRADOSクラスタ内に保存されたオブジェクトにマッピングするサービスを提供します。メタデータサーバークラスタは拡張または縮小が可能で、ファイルシステムのメタデータランクを動的にリバランスして、クラスタホスト間でデータを均等に分散させることができます。これにより、高いパフォーマンスが確保され、クラスタ内の特定のホストへの過負荷を防止できます。

クライアントはLinuxカーネルクライアントを使用してPOSIX互換ファイルシステムをマウントします。古いFUSEベースのクライアントも利用可能です。サーバーは通常のUnixデーモンとして動作します。

Ceph のファイル ストレージは、ログ収集、メッセージング、ファイル ストレージと関連付けられることが多いです。

ダッシュボード

Ceph ダッシュボード ランディング ページ (2023)

2018年からは、クラスタ管理を支援するダッシュボードWeb UIプロジェクトも開始されました。これはCephコミュニティによってLGPL-3ライセンスで開発されており、ceph-mgr、Python、Angular、Grafanaを使用しています。[ 27 ]ランディングページは2023年初頭に更新されました。[ 28 ]

以前にも開発されましたが、現在は閉鎖されているダッシュボードには、Calamari（2013–2018）、OpenAttic（2013–2019）、VSM（2014–2016）、Inkscope（2015–2016）、Ceph-Dash（2015–2017）があります。[ 29 ]

クリムゾン

2019年から、 CrimsonプロジェクトはOSDデータパスの再実装に取り​​組んできました。Crimsonの目標は、レイテンシとCPUオーバーヘッドを最小限に抑えることです。NVMeや3D XPointなどの最新のストレージデバイスとインターフェースは、 HDDやSAS/SATA SSDよりもはるかに高速になっていますが、CPUパフォーマンスは追いついていません。さらに、crimson-osdはceph-osdの下位互換性のあるドロップイン代替品となることを目的としています。CrimsonはBlueStoreバックエンド（AlienStore経由）で動作できますが、テスト目的でCyanStoreとともにSeaStoreと呼ばれる新しいネイティブObjectStore実装も開発されています。SeaStoreを作成した理由の1つは、BlueStoreバックエンドのトランザクションサポートがRocksDBによって提供されており、より優れた並列処理を実現するためにRocksDBを再実装する必要があるためです。[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]

歴史

Ceph はSage Weilが博士論文のために作成したもので、[ 33 ]、カリフォルニア大学サンタクルーズ校(UCSC)のJack Baskin 工学部の Scott A. Brandt 教授の指導の下、ロスアラモス国立研究所(LANL)、サンディア国立研究所( SNL)、ローレンスリバモア国立研究所(LLNL) を含むAdvanced Simulation and Computing Program (ASC)の支援を受けました。[ 34 ] Ceph の一部となった最初のコード行は、2004 年に Weil が LLNL での夏季インターンシップ中に記述したもので、スケーラブルなファイルシステムのメタデータ管理 (今日では Ceph の MDS として知られています) に取り組んでいました。[ 35 ] 2005年に、Scott A. Brandt が開始し Carlos Maltzahn が指揮した夏季プロジェクトの一環として、Weil は Ceph という名前を採用した完全に機能するファイルシステムのプロトタイプを作成しました。 Cephは2006年11月にWeilがUSENIX OSDI 2006 [ 36 ]とSC '06 [ 37 ]で2回のプレゼンテーションを行ったことでデビューしました。

2007年秋に大学を卒業した後も、ウェイルはCephの開発にフルタイムで取り組み続け、コア開発チームはイェフダ・サデー・ウェインラウブとグレゴリー・ファーナムを加えて拡大しました。2010年3月19日、リーナス・トーバルズはCephクライアントをLinuxカーネルバージョン2.6.34に統合しました[ 38 ] [ 39 ]。このバージョンは2010年5月16日にリリースされました。2012年、ウェイルはCephの専門サービスとサポートを提供するInktank Storageを設立しました[ 40 ] [ 41 ] 。

2014年4月、Red HatはInktankを買収し、Ceph開発の大部分を社内で行い、サポート（ホットライン）と継続的なメンテナンス（新バージョン）を備えた企業向けの製品版とした。[ 42 ]

2015年10月、オープンソースのソフトウェア定義ストレージ技術の方向性をコミュニティが推進できるよう支援するために、Cephコミュニティ諮問委員会が設立されました。この諮問委員会には、Red Hat、Intel、Canonical、CERN、Cisco、Fujitsu、SanDisk、SUSEなど、Cephプロジェクトに尽力する世界的なIT組織のCephコミュニティメンバーが参加しています。[ 43 ]

2018年11月、Linux FoundationはCephコミュニティ諮問委員会の後継としてCeph Foundationを設立しました。Ceph Foundationの創設メンバーには、Amihan、Canonical、China Mobile、Croit、DigitalOcean、Intel、OVH、ProphetStor Data Services、Red Hat、SoftIron、SUSE、Western Digital、XSKY Data Technology、ZTEなどが含まれています。[ 44 ]

2021年3月、SUSEはCephを組み込んだエンタープライズストレージ製品の販売を中止し、RancherのLonghornを採用しました[ 45 ]。また、以前のエンタープライズストレージのウェブサイトが更新され、「SUSEは、戦略的なSUSEエンタープライズストレージの顧客へのサービス提供を中心にストレージの取り組みに再び焦点を当てており、SUSEエンタープライズストレージの積極的な販売は行いません」と記載されました[ 46 ] 。

リリース履歴

リリース履歴
名前 リリース 最初のリリース 人生 の終わりマイルストーン
アルゴノート サポート対象外:0.48 2012年7月3日 最初のメジャー「安定版」リリース
ボブテイル サポート対象外:0.562013年1月1日
イカ サポート対象外:0.612013年5月7日 ceph-deployは安定しています
団子 サポート対象外:0.672013年8月14日 2015年5月 名前空間、リージョン、監視 REST API
天皇 サポート対象外:0.722013年11月9日 2014年5月 RGWのマルチデータセンターレプリケーション
ホタル サポート対象外:0.802014年5月7日 2016年4月 消失訂正符号、キャッシュ階層化、プライマリアフィニティ、キー/値 OSD バックエンド（実験的）、スタンドアロン RGW（実験的）
巨人 サポート対象外:0.872014年10月29日 2015年4月
ハンマー サポート対象外:0.942015年4月7日 2017年8月
インフェルナリス サポート対象外:9.2.02015年11月6日 2016年4月
宝石 サポート対象外:10.2.02016年4月21日 2018年6月1日 安定したCephFS、BlueStoreという名の実験的なOSDバックエンド、デーモンはルートユーザーとして実行されなくなりました
クラーケン サポート対象外:11.2.02017年1月20日 2017年8月1日 BlueStoreは安定しており、RBDプールのEC
光る サポート対象外:12.2.02017年8月29日 2020年3月1日 pg-upmapバランサー
ミミック サポート対象外:13.2.02018年6月1日 2020年7月22日 スナップショットは安定しており、Beastは安定しており、公式GUI（ダッシュボード）
ノーチラス サポート対象外:14.2.02019年3月19日 2021年6月1日 非同期レプリケーション、欠陥の再マッピングの増加による書き込み失敗の自動再試行
タコ サポート対象外:15.2.02020年3月23日 2022年6月1日
パシフィック サポート対象外:16.2.02021年3月31日[ 47 ]2023年6月1日
クインシー サポート対象外:17.2.02022年4月19日[ 48 ]2024年6月1日 新規メディアのmin_alloc_sizeの自動設定
リーフ サポート対象外:18.2.02023年8月3日[ 49 ]2025年8月1日[ 50 ]
イカ サポート対象:19.2.02024年9月26日[ 51 ]2026年9月19日[ 52 ]
触手[ 53 ]最新バージョン:20.2.02025年11月18日[ 54 ]2027年11月18日[ 55 ]
伝説：
サポートされていません
サポートされている
最新バージョン
将来のバージョン

利用可能なプラットフォーム

Cephは基本的にLinux向けに構築されていますが、Windowsプラットフォームにも部分的に移植されています。Windows Server 2016 （ UNIXソケット実装が不足しているため、一部のコマンドが利用できない場合があります）、Windows Server 2019、Windows Server 2022で本番環境に対応していますが、 Windows 10およびWindows 11でもテスト/開発が可能です。WindowsではCeph RBDとCephFSを使用できますが、OSDはこのプラットフォームではサポートされていません。[ 56 ] [ 5 ] [ 57 ]

CephのFreeBSD実装もある。 [ 4 ]

マイクロセフ

MicroCephは、 2022年にCanonicalによって開発された、スナップパッケージングシステムを使用した非専門家向けの簡素化されたCeph導入システムです。[ 58 ]基盤となるホストから分離されており、プラットフォームに依存せず、スケーラブルで、セットアップとメンテナンスのオーバーヘッドが最小限に抑えられています。[ 59 ] MicroCephは、ブロック、ファイル、オブジェクトなど、すべてのCephデータアクセスプロトコルをサポートし、フルディスク暗号化を使用して導入できます。[ 60 ]

語源

「Ceph」という名称は、イカ、コウイカ、オウムガイ、タコなどを含む軟体動物の一種である「頭足動物（cephalopod ）」の短縮形です。この名称（ロゴによって強調されています）は、タコの高度な並列行動を示唆しており、このファイルシステムをUCSCのバナナナメクジのマスコットキャラクター「Sammy」と関連付けるために選ばれました。[ 17 ]頭足動物とバナナナメクジはどちらも軟体動物です。

参照

参考文献

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さらに読む

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