Ceph (ソフトウェア)

Ceph ストレージ

原作者	インクタンク ストレージ(セージ ウェイル、イェフダ サデー 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	レッドハット、インテル、CERN、シスコ、富士通、サンディスク、カノニカル、SUSE [1]
安定リリース	19.2.0 [2] （イカ） / 2024年9月26日
リポジトリ	github.com/ceph/ceph
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

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操作とエクサバイトレベルのスケーラビリティを提供します。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、フォールトトレランスを備えたデータ複製^{[8]を実現します。Cephは}可用性が高く、レプリケーション、消失訂正符号、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の大規模導入例としては、CERN、^{[9] [10]} OVH ^{[11] [12] [13] [14]} DigitalOcean [ ^{15] [16]}などがあります。

Cephは5つの異なる種類のデーモンを採用している：^[17]

• アクティブおよび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]バックエンドに代わるものです。}
• 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管理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として機能するマネージャ（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または統合トポロジーに展開できます。さまざまなニーズを持つクライアントは、適切なクラスターコンポーネントと直接対話します。^[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し、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^{[アップデート]}、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あり、^[23]旧Filestoreバックエンドよりもレイテンシと構成性に優れ、追加の処理とキャッシュ層を伴うファイルシステムベースのストレージの欠点を回避しています。Filestoreバックエンドは、2023年半ばのReefリリースで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が限られている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]

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盤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導入イメージなどのバルクユースケースに大規模で高密度の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 ベースのストレージ 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 システムサービスのライブラリです。このようにして、管理者は統合システム内でストレージ デバイスを維持できるため、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、およびPythonでのアクセスを提供します。RADOS Gateway は、ネイティブのAmazon S3とOpenStack Swift API の両方として提供できるRESTfulインターフェイスとしてオブジェクト ストアも公開します。

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、カーネルベースの仮想マシン(KVM) とも統合されます。

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に導入できます。ブロック ストレージ クライアントでは、多くの場合、高いスループットとIOPS が求められるため、Ceph RBD の導入では、 NVMeインターフェイスを備えた SSD がますます利用されるようになっています。

「RBD」は、librados インターフェースと CephFS ファイルシステムを提供する 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います。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の librados の機能を継承しています。クラスター全体でボリュームをストライプ化することで、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、Microsoft WindowsおよびVMware vSphereサーバーまたはiSCSIプロトコルを使用できる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 つ以上の iSCSI ゲートウェイ ホストで ceph-iscsi を使用すると、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、オプションで負荷分散された高可用性の方法でアクセスできます。

ceph-iscsi 構成は 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、自由に置き換え、拡張、または縮小できます。その結果、Ceph Storage により、顧客はコモディティ 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、真に分散され、可用性が高く、回復力があり、自己修復機能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できるようになります。

ブロックデバイスは、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化され、仮想マシンにブロックストレージを提供できます。

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 基盤上で実行されます。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 クラスター内に保存されている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 クラスターは拡張または縮小でき、ファイルシステム メタデータのランクを動的に再調整して、クラスター ホスト間でデータを均等に分散できます。これにより、高いパフォーマンスが保証され、クラスター内の特定のホストに過負荷がかかるのを防ぎます。

クライアントはLinux カーネルクライアントを使用してPOSIX互換のファイル 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できます。サーバーは通常の Unixデーモンとして実行されます。

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 ストレージに関連付けられることが多いです。

2018年からは、クラスターの管理に役立つダッシュボードWeb UIプロジェクトもあります。これは、CephコミュニティによってLGPL-3で開発されており、Ceph-mgr、Python、Angularフレームワーク、Grafanaを使用しています。^[27]ランディングページは2023年の初めに更新されました。^[28]

以前にもダッシュボードが開発されましたが、現在は閉鎖されています：Calamari（2013～2018年）、OpenAttic（2013～2019年）、VSM（2014～2016年）、Inkscope（2015～2016年）、Ceph-Dash（2015～2017年）。^[29]

2019年から、CrimsonプロジェクトはOSDデータパスの再実装を行っています。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、より良い並列処理を実現するために再実装する必要があるためです。^{[30] [31] [32]}

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 School of Engineering 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) の支援を受けていました。[ 34 ] Cephの一部となった^最初のコードは、2004 年に Sage 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、Sage 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Sage 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、ウェイルはフルタイムでCephの開発を続け、コア開発チームは拡大し、イェフダ・サデ・ウェインラウブとグレゴリー・ファーナムが加わった。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に統合した^{[38] [39]。}これは2010年5月16日にリリースされた。2012年、ウェイルはCephの専門サービスとサポートのためにInktank Storageを設立した。 ^{[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をリリースしました。^[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するのを支援するために、Cephコミュニティ諮問委員会が結成されました。この諮問委員会には、Red Hat、Intel、Canonical、CERN、Cisco、Fujitsu、SanDisk、SUSEなどのCephプロジェクトに取り組んでいる世界的なIT組織のCephコミュニティメンバーが含まれています。^[43]

2018年11月、Linux FoundationはCeph Community Advisory Board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、DigitalOcean、Intel、OVH、ProphetStor Data Services、Red Hat、SoftIron、SUSE、Western Digital、XSKY Data Technology、ZTE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、代わりに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にストレージの取り組みを再び重点的に取り組んでおり、今後はSUSEエンタープライズストレージを積極的に販売しません」と記載されました^{[46] 。}

Cephは基本的にLinux用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ソケット実装がないため、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で本番稼働可能ですが、 Windows 10およびWindows 11でもテスト/開発を行うことができます。WindowsではCeph RBDとCephFSを使用できますが、このプラットフォームではOSDはサポートされていません。^{[54] [5] [55]}

CephのFreeBSD実装もある。 ^[4]

「Ceph」という名前は、イカ、コウイカ、オウムガイ、タコを含む軟体動物のクラスである「頭足動物」の短縮形です。この名前（ロゴで強調されています）は、タコの高度な並列動作を示唆しており、ファイルシステムをUCSCのバナナナメクジのマスコットである「サミー」と関連付けるために選択されました。^[17]頭足動物とバナナナメクジはどちらも軟体動物です。

• M. Tim Jones (2010-05-04)。「Ceph: Linux ペタバイト規模の分散ファイル システム」。DeveloperWorks > Linux > テクニカル ライブラリ。2010-05-06に取得。
• Jeffrey B. Layton (2010-04-20)。「Ceph: オブジェクト ラグーンから生まれた分散ファイル システム」。Linux Magazine。2010年 4 月 23 日時点のオリジナルからアーカイブ。2010 年 4 月 24日閲覧。{{cite journal}}: CS1 メンテナンス: 不適切 URL (リンク)
• Carlos Maltzahn、Esteban Molina-Estolano、Amandeep Khurana、Alex J. Nelson、Scott A. Brandt、Sage Weil (2010 年 8 月)。「Hadoop 分散ファイル システムのスケーラブルな代替としての Ceph」。;login: . 35 (4) . 2012 年 3 月 9 日閲覧。
• Martin Loschwitz (2012 年 4 月 24 日)。「RADOS オブジェクト ストアと Ceph ファイルシステム」。HPC ADMIN Magazine。2012年 4 月 25 日閲覧。

無料辞書『ウィクショナリー』でκεφαλήを調べてください。

Wikimedia Commons にはCephに関連するメディアがあります。

• 公式サイト
• YouTubeの State of the Cephalopod 2022 をご覧ください
• YouTubeの「頭足動物の状態」（2023 年）