Verteilte Storage-Lösung, Teil 1

Software-defined Storage im Netzwerk mit der Opensource-Software Ceph

| Autor / Redakteur: Thomas Joos / Rainer Graefen

(Bild: Red Hat)

Bei Ceph handelt es sich um ein sehr skalierbares Opensource-Speichersystem auf Basis von Linux. Die Daten werden auf den angebundenen Servern verteilt. Dazu befinden sich in den Servern physische Datenträger, die durch Ceph zu einem virtuellen Speichersystem zusammengefasst werden.

Wenn Unternehmen Ceph einsetzen, werden verschiedene physische Festplatten der Ceph-Server zu einem gemeinsamen Software Definied Storage zusammengefasst. Die Basis eines Ceph-Clusters stellen also diese Server dar, auch Object Storage Devices (OSD) genannt.

Die OSDs stellen zusammen den Ceph-Cluster dar. Die Clients können mit verschiedenen Netzwerkprotokollen eine Verbindung zu dem Datenspeicher aufbauen. Dazu gehört auch iSCSI. Ceph ist ein Objektspeicher. Die einzelnen Daten werden in Objekte aufgeteilt und schließlich auf den Platten der einzelnen OSDs verteilt. Das stellt die Hochverfügbarkeit der Umgebung sicher.

Rad Hat hat den Hersteller von Ceph übernommen. Dadurch profitieren Unternehmen, die auf Red Hat Enterprise Linux setzen vom professionellen Red Hat-Support. Durch die Skalierbarkeit wird Ceph auch häufig in virtuellen Umgebungen auf Basis von KVM oder auch in Container-Netzwerken eingesetzt.

Da die Netzwerkverbindungen in einem Ceph-System eine fundamentale Rolle einnehmen, sollten die Server untereinander mit 10 Gbit/s verbunden werden. Nur dann ist sichergestellt, dass der Datenverkehr zwischen den Ceph-Servern ausreichend stattfinden kann. Durch den Einsatz von Ceph lassen sich die Speicherkosten in Unternehmen senken. Außerdem verhindert der Einsatz von Ceph die Abhängigkeit von Hardware-basierten Storage-Systemen.

Schwerpunkt in großen Rechenzentren

Ceph spielt seine Vorteile vor allem in größeren Rechenzentren aus, in denen Dutzende bis Hunderte Server eingesetzt werden und ihre physischen Festplatten zu einem Ceph-Cluster verbinden. Zwar lässt sich Ceph bereits ab drei Knoten betreiben, wird aber erst dann sinnvoll eingesetzt, wenn größere Datenmengen gespeichert werden müssen. Setzen Unternehmen auf Ceph in Form von Suse Enterprise Storage, müssen mindestens vier Knoten eingesetzt werden.

Erst dann ist sichergestellt, dass der Cluster auch den Ausfall eines Knotens problemlos übersteht. Die Knoten sollten außerdem nicht nur über genügend Festplatten verfügen, sondern auch leistungsstarke CPUs und genügend Arbeitsspeicher. Das ist vor allem bei Schreibvorgängen wichtig.

Bezüglich Datenträger unterstützt Ceph neben herkömmlichen Festplatten auch SSDs uwie auch NVMe-SSDs. Natürlich ist die Leistung beim Einsatz von NVMe-SSDs am besten. Auf OSDs sollte möglichst für alle Bereiche auf SSD-Hardware gesetzt werden, um die Leistung zu verbessern.

Ceph ist enorm skalierbar und kann bis in gehobene Petabyte-Bereich genutzt werden. Die Skalierbarkeit äußert sich auch darin, dass sich jederzeit weitere Server in den Cluster einbinden lassen. Auch Festplatten können jederzeit hinzugefügt werden, und werden selbständig durch das Ceph-System eingebunden.

Hochverfügbarkeit durch Software-defined Storage

Ceph benötigt weder spezielle Hardware noch Controller, um zu funktionieren. Die Daten werden hochverfügbar auf die physischen Datenträger der angebundenen Server verteilt. Dabei können Administratoren festlegen mit welcher Redundanz gearbeitet wird.

Fallen einzelne Server in einem Ceph-Cluster aus, sind die Daten nicht verloren, und das Speichersystem steht weiterhin zur Verfügung. Je nach Konfiguration können sogar mehrere Server auf einmal ausfallen ohne den Cluster zu beeinträchtigen.

Private Cloud mit Ceph betreiben - OpenStack und Co.

Da Ceph große Datenmengen speichern kann, eignet sich die Speicherlösung auch für den Betrieb von Data Lakes sowie Cloud-Speicher in Private-Cloud-Umgebungen. Auch als Speicherplatz für Datensicherungen oder Mediadaten ist Ceph einsetzbar, da in diesem Bereich besonders große Datenmengen anfallen. OpenStack und Ceph arbeiten ebenfalls optimal zusammen.

Windows- und Cloud-Anbindung mit Ceph

Die Anbindung an Linux ist ein Schwerpunkt in Ceph. Windows-Rechner können zwar Ceph-Speicher ebenfalls nutzen, allerdings nur über Umwege. Hier bietet sich zum Beispiel die Integration eines Ceph-Gateways an oder die Integration von Suse Enterprise Storage. Über Ceph-Gateways steht eine RESTful-Schnittstelle zur Verfügung, die eine Kompatibilität mit verschiedenen Systemen wie OpenStack, aber auch Amazon S3 bietet.

Um Windows-Clients anzubinden ist iSCSI der beste Weg. Hier kann zum Beispiel auf Suse Enterprise Storage gesetzt werden. Die Lösung basiert auf Ceph und ermöglicht die Anbindung von Windows-Systemen über iSCSI oder SANs. Dadurch können alle Betriebssysteme mit Ceph kommunizieren, die auch iSCSI oder SANs unterstützen. Das stellt für aktuelle Windows-Clients kein Problem dar. Der in Windows integrierte iSCSI-Initiator kann mit einfachen Maßnahmen mit dem Ceph-Speicher kommunizieren, ohne dass zusätzliche Software auf den Windows-Rechnern benötigt wird.

Zugriff auf Ceph-Speicher

Nachdem ein Ceph-Speicher aufgebaut ist, in dem die verschiedenen Knoten im Cluster zusammengefasst wurden, können Client-Rechner über verschiedene Wege auf Ceph zugreifen. Häufig wird auf „Reliable Autonomic Distributed Object Store“ (RADOS) gesetzt, oder auf iSCSI.

Für Ceph steht auch das Dateisystem CephFS/XFS zur Verfügung. Für den Zugriff wird ein kompatibler Ceph-Client benötigt. Mit RADOS organisiert Ceph also den Zugriff auf die einzelnen Daten, die als Objekte auf den OSDs abgelegt sind.

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