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。

2024年12月17日 05時00分 公開
[Robert SheldonTechTarget]

 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?

 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。


 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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