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2014/10/30 第六回クラウドストレージ研究会発表資料
「分散仮想ストレージシステム またはSoftware Defined Storage  Ceph」ご紹介資料

Published in: Technology
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  1. 1. 分散仮想ストレージシステム またはSoftware Defined Storage ご紹介資料 OSSラボ株式会社 2014/10/30 14/10/30Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights 1 Reserved http://www.ossl.co.jp TWITTER: http://twitter.com/satoruf LINKEDIN: http://jp.linkedin.com/in/satorufunai/ja SLIDESHARE: http://www.slideshare.net/sfunai FACEBOOK: http://www.facebook.com/satoru.funai
  2. 2. 仮想ストレージとは l 仮想ストレージの階層 l Disk Virtualization (ディスクの仮想化):論理ブロック(LBA) l Block Virtualization (ブロックの仮想化):LVM/RAID l File Virtualization (ファイルの仮想化):VFS l File System Virtualization (ファイルシステムの仮想化) (SNIA(Storage Network Industry Association)が作成したストレージ仮想化技術の分類) l ファイルシステムの仮想化: l クラスタ/グリッドファイルシステム/仮想ストレージ/Software Defined Storage, etc. l ユーザからはサーバや記憶装置の多様性と分散が隠蔽され、単なるボリュームや ファイルとして扱える透過性を持つ。 l 商⽤用製品例 l EMC ViPR, scaleIO l VMware VSAN l Datacore SANSymphony-V l NexentaStor l Cleversafe/Amplidata l 分散ファイルシステムは、レプリケーションによるフォールトトレラント性強化 を⽬目指したもの、並列化による性能強化を⽬目指したもの、両⽅方を同時に実現しよ うと設計されたものがある。 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights 2 Reserved
  3. 3. 分散仮想ストレージのアーキテクチャ l メタデータ管理 l 集中管理型/分散管理型、フォールトトレランス、スケールアウト l ネーミング l データ格納場所とオブジェクトIDのマッピングアルゴリズム l クライアントアクセス l POSIX/FUSE/Block/REST l キャッシングと⼀一貫性保持 l WORM/Transactional locking/Leasing l レプリケーション/同期⽅方式 l 同期/⾮非同期、Read only/Read/Write、CAP定理、PAXOS l ロードバランス l データ偏在の⾃自動修正 l ⾃自⼰己修復機能(Self Healing) 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights 3 Reserved
  4. 4. いろいろあります 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 4 製品名 開発主体 ライセンス Amage クリエーションライン株式会社 プロプライエタリ Ceph Inktank LGPL2 Chiron FS luisfurquim@gmail.com GPL3 Cloudian クラウディアン株式会社 プロプライエタリ CloudStore/Kosmosfs/Quantcastfs Quantcast Apache License 2.0 Cosmos Microsoft internal 非公開 dCache DESY and others プロプライエタリ FraunhoferFS (FhGFS) Competence Center for High Performance Computing FhGFS license FS-Manager CDNetworks プロプライエタリ General Parallel File System(GPFS) IBM プロプライエタリ Gfarm file system 筑波大学/産業技術総合研究所 BSD GlusterFS Gluster, a company acquired by Red Hat GPL3 Google File System(GFS) Google 非公開 Hadoop Distributed File System ASF, Cloudera, Pivot, Hortonworks, WANdisco, Intel Apache License 2.0 IBRIX Fusion IBRIX プロプライエタリ LeoFS 楽天技術研究所 Apache License 2.0 Lustre originally developed byCluster File System and currently supported by Intel(formerly Whamcloud) GPL
  5. 5. 分散ファイルシステムの種類 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 5 分類概要例 分散ファイルシステム複数のホストがコンピュータネットワークを経 由して共有しつつファイルにアクセスすること を可能にする。複数のサーバ上に配置された ファイルを、論理的に構造化された 1つ以上の 名前空間で透過的にアクセスできる。 Amazon S3 Andrew File System (AFS) etc. 分散フォールト トレラント ファイルシステム データを複製する事により、分散ファイルシス テムを構成する要素に障害が発⽣生しても、デー タ喪失する事なくアクセスが継続できる。 Microsoft DFS Moose FS, etc. 分散並列 ファイルシステム データを細かく分割し、分散ファイルシステム 上の各ホストに分散配置する事により、性能を スケールアウトできる。 FraunhoferFS (FhGFS) PVFS/OrangeFS etc. 分散並列フォールト トレラント ファイルシステム 上記全ての機能を備えたファイルシステムCeph GlusterFS sheepdog, XtreemFS etc.
  6. 6. Cephの歴史 6 RHEL-OSP Certification FEB 2014 OpenStack Integratio n 2011 MAY 2012 Launch of Inktank 2010 Mainline Linux Kernel Open Source 2006 2004 Project Starts at UCSC Production Ready Ceph SEPT 2012 Xen Integration 2013 2012 CloudStack Integration OCT 2013 Inktank Ceph Enterprise Launch APR 2014 Inktank Acquired by Red Hat Copyright © 2014 by Inktank
  7. 7. Ceph開発者数の推移 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 7
  8. 8. Cephの特徴 l ベンダフリー l 汎⽤用PCサーバ/汎⽤用OS(Linux)を使⽤用 l 特別なハードウェア不要 l オープンソース l フォールトトレラント l スケールアウト l 汎⽤用プロトコル l POSIXファイルシステム l ブロックデバイス l REST(AWS S3/SWIFT互換) l WAN越しリモートレプリケーション(RGWのみ) l RW同期(LANのみ) 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights 8 Reserved
  9. 9. Cephのアーキテクチャ APIKernel Client RADOS Reliable, Autonomous, Distributed Object Store MonitorsOSDsMDS MonitorsOSDsMDS MonitorsOSDsMDS vfs ブロックデバイ スドライバ ブロック デバイス 9 CephFS POSIX互換ファイ ルシステム Kernel-client及び FUSE-clientから 使⽤用できる Librados C, C++, java, Python, Ruby, PHP からRADOSに アクセスできるAPI ライブラリ RADOSGW (RADOS Gateway) AWS S3及び OpenStack SWIFT互換の REST APIを提供 するhttpプロキシ RBD (RADOS Block Device) Linuxカーネルか らRADOSをブロッ クデバイスとして 使⽤用できる ノード ブロック デバイス APIQEMU /KVM Kernel Client FUSE Client File system ノード File system vfs ブロックデバイ スドライバ ブロック デバイス ブロック デバイス
  10. 10. CALAMARI 10 Copyright © 2014 by Inktank
  11. 11. 従来型ストレージとの違い 14/10/30 従来型ストレージCephストレージ TCP/IPTCPが通れば Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 11 Hypervisor VM ⾼高価 VM VM FC/iSCSI SAN RAID ストレージ Hypervisor VM VM VM RAID ストレージ 筐体障害対応には ⼆二重化必要 スケールアップ 拡張に1ヶ⽉月? Hypervisor VM 安価 VM VM 汎⽤用サーバ Linux Hypervisor VM VM VM 汎⽤用サーバ Linux 筐体障害対応は、不要 (最低3台以上) スケールアウト 追加に数分 良い ローリング アップグレード 無停⽌止保守 FWアップ グレード時 停⽌止
  12. 12. ブロックデバイスのマウント⽅方法 物理サーバ QEMU/KVM 14/10/30 物理サーバ Hypervisor VM Linux Kernel Kernel ClientClient librbd Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 12 RBD (RADOS Block Device) VM 物理サーバ Linux アプリケー ションアプリケー ション アプリケー ション Linuxページ キャッシュを使⽤用ユーザースペース モジュール LinuxのみサポートRBD Cacheを使⽤用 カーネルスペース モジュール Hypervisorの種類 は問わない VM OSの種類は 問わない Hypervisorの種類は QEMU/KVMのみ
  13. 13. キャッシュ・ティアリング Read/WriteWriteRead CEPH STORAGE CLUSTER SSD HDD
  14. 14. Erasure coding(イレージャーコーディング) l Erasure Coding:定訳はないが、「消失符号」あるいは「消失訂正符号」という訳語も⼀一 部で使われている。 l オブジェクトを分割して消失訂正符号を付加し、物理的に異なるノードに分散して格納す ることで、その分割したデータのいくつかが消失した場合でも、元のオブジェクトを復元 することができる⼿手法で、マイクロソフトのAzureストレージにも採⽤用されている技術。 l 実装の仕組みは複数のアルゴリズムが⽤用意されているが、⼀一般的にオブジェクトの容量に 対して20%~40%程度の符号を付加すれば良いことから、レプリケーション(複製)に⽐比 べ物理的なディスクの利⽤用効率(実効容量)が⾼高い。 l ただし、オブジェクトの書き込みの都度、符号化処理を⾏行行うので、パフォーマンスが劣化 する可能性があり、ディスクの利⽤用効率を優先する⼤大規模案件やパフォーマンスを要求し ないアーカイブ⽤用途などに適している。 Erasure Codingレプリケーション 利⽤用効率(2ディスク障害 での保証) 約140%200% CPU使⽤用率HighLow 読み書き速度遅い速い
  15. 15. Replication vs ERASURE CODING 15 CEPH STORAGE CLUSTERCEPH STORAGE CLUSTER Full copies of stored objects One copy plus parity § Very high durability § Cost-effective durability § Quicker recovery § Expensive recovery Copyright © 2014 by Inktank
  16. 16. Multi-site Replication オブジェクトストレージ(RADOSGW) のみ対応 l 物理的ロケーションの離れた別ク ラスターにメタデータとデータを 複製。 l 複製⽅方式は、マスター/スレーブ、 スレーブはRead Only l 複製先は複数可能 l ディザスタリカバリー⽤用のバック アップデータを保証する。 l ⼀一貫性はAP(Eventually consistency) 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights 16 Reserved
  17. 17. Cephのユースケース Traditional 14/10/30 Ceph Target NAS Object Content Store (traditional NAS) Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 17 Virtualization and Private Cloud (traditional SAN/NAS) High Performance (traditional SAN) CapacityPerformance IT Cloud Application s XaaS Compute Cloud Open Source Block XaaS Content Store Open Source NAS/Object Ceph Target
  18. 18. Webオブジェクトストア 18 S3/SwiftS3/SwiftS3/SwiftS3/Swift Copyright © 2014 by Inktank
  19. 19. 共有ファイルシステム 19 Native Protocol Native Protocol Native Protocol Native Protocol Copyright © 2014 by Inktank
  20. 20. バックアップ/コールド ストア CEPH STORAGE CLUSTER Copyright © 2014 by Inktank20
  21. 21. 災害対策 21 CEPH STORAGE CLUSTERCEPH STORAGE CLUSTER Site ASite B Copyright © 2014 by Inktank
  22. 22. VMイメージ 22 Native Protocol Native Protocol Native Protocol Native Protocol Copyright © 2014 by Inktank
  23. 23. 参考情報 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 23 http://www.mellanox.com/related-docs/whitepapers/ WP_Deploying_Ceph_over_High_Performance_Networks.pdf
  24. 24. 参考情報 14/10/30 2,419MB/sec (8M Seq. READ) 110k IOPS (4k Seq. READ) Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 24
  25. 25. Incremental Object size test One Client ‒ 180 OSDs, 1 x replicated pool Monitor Nodes Private Network (192.168.50) Client Node OSD Nodes Public Network (172.27.50) 3GB/s 1GB/s 12GB/s 6GB/s http://www.slideshare.net/Inktank_Ceph/06-ceph-day-october-8th-2014-smc?qid=34fdee3f-a686-4738-b0b1- a02032480876v=qf1b=from_search=5
  26. 26. Incremental Object size test One Client ‒ 180 OSDs, 1 x erasure coded pool (k=4,m=2) Monitor Nodes Private Network (192.168.50) Client Node OSD Nodes Public Network (172.27.50) 3GB/s 1GB/s 12GB/s 6GB/s
  27. 27. CEPH+OPENSTACKインテグレーション 27 VolumesEphemeral Copy-on-Write Snapshots RADOS CLUSTER
  28. 28. OPENSTACK USER SURVEY, 05/2014 28 DEV / QAPROOF OF CONCEPTPRODUCTION
  29. 29. Glance(イメージサービス)連携 RBD /etc/glance/glance-api.conf default_store=rbd rbd_store_user=glance rbd_store_pool=images Store, Download Glance Server Image
  30. 30. Ceph COW clone l COW:Copy-on-write l ⾼高速なボリューム作成、低容量消費 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 30 READ クライアント WRITE
  31. 31. Cinderボリューム作成 l Ceph COW cloneを使⽤用するため、⾼高速 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 31
  32. 32. Cinder snapshot/backup on Ceph l CephのRBD Snapshotを使⽤用 l RBD snapshotは、読み込み専⽤用 l Snapshotから、ブート可能なボリュームを作成(COW clone) l Cinder backup on Ceph l 差分バックアップサポート(Ceph RBD snapshot) l 異なるPG(ラック/ゾーン)を指定 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 32
  33. 33. Cinder/Nova連携 ライブマイグレーション VM librbd RBD Nova/compute VM Libvirt (QEMU/KVM) Cinder Server VM Boot from volume ボリューム作成/接続 VolumeImage Copy-on-write clone librbd VM Libvirt (QEMU/KVM)
  34. 34. SWIFT/Keystone連携 SWIFTのバックエンドとしてCeph RADOS GWを使⽤用 Keystone Server RADOSGW RESTful Object Store Query token Access with token Grant/revoke
  35. 35. OpenstackでのCeph使いどころ プロダクション構成例 外部HA Proxy NW 14/10/30 Public管理ストレージ Ceph Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 35 l コントローラノード l RBDカーネルクライアントを使⽤用し、 下記ファイルをCeph上にマウント l データベースファイル l 各種テンポラリファイル l 各種設定ファイル l ログ l Cinder/Glance l 各コンピュートノードにlibrbdを設定 し、イメージ、ボリュームとして使⽤用 する l Swift l RADOS GWを使⽤用し、バックアップ 置き場とする HA Proxy コントローラ 10gb 同期 コントローラ Ceph ネットワーク Ceph ネットワーク コンピュート
  36. 36. OpenStack+Cephのメリット l OpenStack 全体の可⽤用性の向上 l MySQL のデータさえダンプ取得すれば、 リストア可能 l OS イメージ・スナップショットは Ceph 上にあ るのでバックアップ不要 l Compute ノード上のインスタンスデータは Ceph のスナップショットから復旧 l Network ノードは分散・冗⻑⾧長可能、データのバッ クアップは不要 l 最⼩小構成(3ノード)から始めて、スケールアウ ト可能 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 36
  37. 37. OPENSTACK ADDITIONS l JUNO l Enable Cloning for rbd-backed ephemeral disks l KILO l Volume Migration from One Backend to Another l Implement proper snapshotting for Ceph-based ephemeral disks l Improve Backup in Cinder Copyright © 2014 by Inktank
  38. 38. CoreOS とCeph l CoreOSとは l CoreOS は Alex Polvi が設⽴立立した会社であり、OS、新しい Linux Distribution である。OSS で公開されている。 l CoreOS は Google や Facebook などの環境を参考にしており、柔軟にスケールし、さらにはインフラ構築そのもの のプロセス⾃自体も効率よく合理的に⾏行行えるよう設計されている。 l また運⽤用、管理(セキュリティ)におけるコストを必要最低限に抑えるようにも考えられている。 l CoreOS の⼤大きな特徴 l ⼩小さくかつ堅牢なコア l 安全なアップデート l アプリケーションコンテナ ( Docker専⽤用 ) l クラスタリング l 分散システムツール l カスタマイズ可能な SDK l Docker環境ではDBファイル等を保存する永続データストアは、各ホストのローカ ルストレージに置いてしまうとコンテナがホストを移動できなくなってしまうので、 外部共有ストレージを使う必要がある l AWS/GCP等のパブリッククラウドでは、⽬目的に応じてストレージサービスを選べ ばいい訳だが、ローカル環境では耐障害性を考慮した外部共有ストレージを⽤用意す る必要がある l ⼀一番簡単なのは、Ceph-FUSEを使ってPOSIXファイルシステムとして直接マウン トする⽅方法だが、CoreOSでは423.0.0からCephブロックデバイスカーネルモ ジュールが追加された 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 38
  39. 39. CoreOS インテグレーション http://qiita.com/satoruf/items/437d634c70bb8e501b69 14/10/30 Kernel Client Kernel Client フェイルオーバ マウント Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 39 RBD (RADOS Block Device) CoreOS Docker コンテナ librbd CoreOS Docker コンテナ librbd /dev/rbd
  40. 40. CEPH ROADMAP as of 2014/10 40 2014/11 2015/3? GiantHammerI-Release Copyright © 2014 by Inktank
  41. 41. GIANT 41 § Tree frozen September 9 § 0.85 dev release includes § RDMA support groundwork § Improved SSD performance § Improvements to stand alone civetweb-based RGW frontend § New ‘osd blocked by’ command § 0.86 released 07 Oct (Giant RC) § Low level OSD debugging tool § Local repairable codes (LRC) § Librados locking refactor § MDS and mon improvements
  42. 42. RBD 42 l Client-side caching l (Now enabled by default!) l New option that makes cache write-through until “flushed” l Eucalyptus support l https:// mdshaonimran.wordpress.com/ 2014/09/17/eucalyptus-block-storage- service-with-ceph-rbd/
  43. 43. RGW 43 l Stand-alone civetweb front end l Civetweb ‒ embedded C/C+ + web server l No need for Apache overhead, dependencies, etc
  44. 44. CEPHFS 44 l Lots of activity! l 1/3 of core team assigned here l A lot of outside commits l Inktank / Red Hat team using CephFS internally on QA infrastructure l Sanding rough edges l “Not Supported” vs “Not Ready” l Feedback encouraged
  45. 45. CephFS Dogfooding l Using CephFS for internal build/test lab l 80 TB (80 x 1 TB HDDs, 10 hosts) l Old, crummy hardware with lots of failures l Linux kernel clients (ceph.ko, bleeding edge kernels) l Lots of good lessons l Several kernel bugs found l Recovery performance issues l Lots of painful admin processes identified l Several fat fingers, facepalms 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 45
  46. 46. 参考資料 l Openstack+Cephインテグレーション紹介 l http://www.slideshare.net/sfunai/openstackceph l Cephベンチマークをしました l http://www.slideshare.net/sfunai/ceph-33123790 l Openstack+Ceph設定ガイド l http://www.slideshare.net/sfunai/ openstackceph-39609805 l Ceph/GlusterFS/XtreemFSの検証報告 l https://s3-ap-northeast-1.amazonaws.com/cloudconductorwpupdate/whitepaper/ %E5%88%86%E6%95%A3%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB %E3%82%B7%E3%82%B9%E3%83%86%E3%83%A0%E3%81%AEWAN%E8%B6%8A %E3%81%88%E5%90%8C%E6%9C%9F%E3%83%AC%E3%83%97%E3%83%AA %E3%82%B1%E3%83%BC%E3%82%B7%E3%83%A7%E3%83%B3%E3%81%AE %E6%A4%9C%E8%A8%BC.pdf 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 46
  47. 47. ⽇日本Cephユーザー会 l メーリングリスト l https://groups.google.com/forum/#!forum/ ceph-jp l cephユーザー会で検索して下さい。 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 47
  48. 48. Cephアプライアンス登場!! 14/10/30 Copyright 2014(C) OSS Laboratories Inc. All Rights Reserved 最小構成標準価格(税別): 4,409万7,000円から 48

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