なぜ「Ceph」は人気なのか？ これで分かる“分散ストレージ”入門：Ceph徹底解説【前編】

「Ceph」は、一般的なストレージシステムにはないメリットをもたらす分散ストレージソフトウェアだ。その人気の理由や、基本的な仕組みを解説する。

[Robert Sheldon，TechTarget]

　オープンソースの分散ストレージソフトウェア「Ceph」は、データセンターでは人気の存在だ。広く採用されている理由は、集中管理型のストレージシステムにはない幾つかのメリットをもたらす点にある。一般的なストレージシステムとは何が違うのかを含めて、その人気の理由や、基本となる仕組みを押さえておこう。

Cephはなぜ人気で、普通のストレージと何が違うのか？

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　Cephは、複数のストレージにデータを分散させるOSSだ。データセンターにある既存の汎用（はんよう）ストレージに導入できるため、専用のインフラを購入する必要はない。Cephは、ストレージのスケーラビリティ（拡張性）や変化への適応力を高めるツールとして、データセンターでは人気だ。

　従来の一般的なストレージシステムは、ストレージコントローラー（以下、コントローラー）のような中央に位置する装置を中心とした、集中管理型のアーキテクチャとなっている。このアーキテクチャの欠点として以下が挙げられる。

• スケーラビリティ（拡張性）の限界
• 拡張に伴うパフォーマンスの低下
• 単一障害点の存在

　Cephで構成した分散ストレージシステムでは、データは複数のノード（サーバ）に分散され、集中型のコントローラーは不要になる。複数のノードは、他のノードやクライアント（アクセス元のシステム）と直接やりとりできる。Cephは、オブジェクトストレージ、ブロックストレージ、ファイルストレージといった複数の異なるデータ格納方式を同一クラスタ内で同時に提供できる。

　こうしたソフトウェア定義ストレージ（SDS）を構築するために、Cephは以下のコンポーネントで構成されている。

• RADOS（Reliable Autonomic Distributed Object Store）
  • 「Ceph Storage Cluster」（Cephで構成した分散ストレージシステム）全体にデータを分散させる、スケーラブルでインテリジェントな分散ストレージシステム。Cephの基盤として機能する。
• RADOS Gateway（RGW、Ceph Object Gatewayとも）
  • クラウドサービス群「Amazon Web Services」（AWS）のオブジェクトストレージサービス「Amazon Simple Storage Service」（Amazon S3）、およびオープンソースのオブジェクトストレージシステム「OpenStack Swift」のAPI（アプリケーションプログラミングインタフェース）と互換性のあるオブジェクトストレージサービス。
• RADOS Block Device（RBD、Ceph Block Deviceとも）
  • 仮想ディスクをオブジェクトとして分散させ、「SAN」（ストレージエリアネットワーク）に類似したメリットを実現するブロックストレージサービス。
• Ceph File System（CephFS）
  • OSのインタフェース規格「POSIX」（Portable Operating System Interface）準拠の分散ファイルシステム。
• librados
  • RGW、RBD、CephFSを経由せずに、Ceph Storage Clusterへの独自のインタフェースを作成できるAPI。

　以上のコンポーネントにより、Cephは従来型のストレージシステムでは不可能な高レベルのスケーラビリティと変化への適用能力を実現した。Ceph Storage Clusterはこれらのコンポーネントを使用して、物理ストレージから切り離した論理ストレージプール（仮想的なストレージ領域）を作成する。

Ceph Storage Clusterの仕組み

　Ceph Storage Clusterは複数のノードで構成される。そのほとんどはHDD、SSD、またはその組み合わせで構成されるストレージノードだ。その他のノードは、ストレージノードと連携して管理や操作といったタスクを実行する。

　Ceph Storage Clusterのノードは、この、操作を実行する「デーモン」（deamon：UNIX系OSのバックグラウンドで動作するプロセス）を実行する。デーモンによってノードは他のノードやクライアントと通信する。データは複数のノードに分散され、各ノードは独立して動作するので、単一障害点がなくなる。

　Ceph Storage Clusterは以下の4種類のデーモンを使用する。

• Ceph Monitor
  • クラスタの現在の状態とステータスを追跡し、クラスタマップのマスターコピーを管理するデーモン。
• Ceph OSD（Ceph Object Storage Daemon）
  • Ceph Storage Clusterは通常、データのアクセスや管理を容易にする多数のストレージノードで構成される。各ストレージノードは複数のOSDインスタンス（データの保存や読み書き、バックアップなどを担当するプロセス）を実行し、それぞれがデータを格納している個々のストレージと連携する。
• Ceph Manager
  • Ceph Monitorと連携して、ストレージの使用率やシステム負荷、パフォーマンスといった実行時のメトリクスとクラスタのステータスを追跡するデーモン。
• Ceph Metadata Server（MDS）
  • CephFSを実装するCeph Storage Clusterでのみ使用されるデーモン。ファイル名、タイムスタンプ、データパスなどのファイルメタデータを格納、および管理する。

　Cephはデーモンと併せ、アルゴリズム「CRUSH」（Controlled Replication Under Scalable Hashing）を使用し、各ストレージを追跡し、情報を取得する。これにより1つのルックアップテーブル（対応表）に依存することがない。CRUSHは、個々のストレージをどのプレースメントグループ（データの格納場所を決定する論理的なグループ）とOSDノード（データの保存や読み書き、復旧などを担当するノード）に配置するかを決定する。CRUSHはデータをOSDノード全体に分散させ、効率的な方法でデータのレプリケーション（複製）をし、高いレジリエンシー（障害からの回復力）を実現する。

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　次回はCephを実装する上での課題や、サポート付きの商用版などを紹介する。

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