超大型儲存應用異軍突起！Ceph有機會翻轉雲服務與企業儲存架構

by pumoadmin55 · 2016-06-28

企業需要儲存的資料量日益增加，若全靠傳統的儲存設備來支撐，恐怕要花上不少錢，因此軟體定義儲存方案方興未艾，其中又以開放原始碼的Ceph最受矚目，許多雲端服務業者與企業都在採用

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數位化浪潮席捲全球，全世界所需要處理的資料量自然跟著水漲船高，但目前已經發展到多驚人的地步呢？

根據儲存大廠EMC與市場調查機構IDC在2014年發布的數位世界調查統計報告，截至2013年為止，因為各種用途所產生的資料，已高達4.4ZB（相當於4兆4千億GB），到了2020年，他們預測資料量將成長到44 ZB（44兆GB）。而在4.4 ZB的資料當中，有三分之二的比例，約2.9 ZB是由個人產生，其他則為企業產生的資料量，也高達1.5 ZB，而在個人產生的資料量裡面，又有高達85％的比例、2.3 ZB，是企業同時會接觸到的。

因此，就算只看當前，企業各自所要處理的總體資料量相當驚人，就現有的IT基礎架構而言，能否支撐這樣的使用規模？而且，這些資料若要儲存下來，有辦法嗎？很多人第一個會想到的解法，是購置更多儲存硬體設備，例如，磁碟陣列、NAS，但如此龐大的成本，就算傾一國之力，也負荷不了。

因此，儲存系統的發展走向不同的路線，希望找出更多方法，以便提供兼具低成本、更容易管理、高可靠度等特性的儲存環境。

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根據市場研究機構IDC的調查，2013年總體資料量為4.4 ZB，裡面有1.5ZB是企業所產生的，而其他2.9 ZB當中，又有2.3 ZB是企業能夠接觸到的資料量，因此與企業相關的資料，比例相當龐大，但接下來企業還要面對物聯網應用的爆發潮，未來的資料量成長將更為驚人。（圖片來源／EMC）

儲存系統過去以硬體設備為主，之後延伸出各種軟體化產品

以規模擴展的方式來說，就有了很大的變化。從過去注重集中於單一儲存設備的縱向擴展（Scale up），開始延伸出分散為多臺儲存設備的橫向擴展（Scale out）路線，因此出現了強調具有這類特性的儲存陣列與NAS。

此外，原本儲存系統的產品形式是以整合軟硬體的設備為主，後來也開始出現以軟體為主的解決方案。

以企業端環境來說，軟體化的儲存系統，先從儲存虛擬化（Storage Virtualization）的應用走紅──這類產品執行在x86伺服器之上，強調能將多種異質儲存系統虛擬化，把分散在多臺設備的儲存容量整合為單一儲存資源池。

之後，市面上又陸續出現了儲存虛擬層（Storage Hypervisor）的應用，跟儲存虛擬化的方式類似，但可從虛擬機器、Hypervisor層或儲存設備端，來集中管理分散的儲存資源。

到了最近幾年，隨著許多IT廠商提倡軟體定義式的資料中心、IT環境或基礎架構，軟體定義儲存（Software Defined Storage）正式浮上檯面，這次的重點不只是將儲存空間集中起來，同時，一些原本仰賴硬體儲存設備提供的存取功能，以及資料服務，也都改由軟體來全權提供與掌控。

目前的市面上，已經有出現不少企業級的軟體定義儲存產品。例如VMware去年推出的Virtual SAN，以及今年剛上市的Virtual Volumes，現有的儲存廠商當中，像是EMC的ViPR、ScaleIO，以及DataCore的SANsymphony-V、Nexenta的NexentaStor、HP StoreVirtual VSA等等，它們所提供的儲存環境，大多基於檔案系統或區塊式儲存（Block Storage）。

為什麼這些商用的軟體化產品會受到企業很大的歡迎？因為企業若要擴充儲存應用，除了繼續購買硬體儲存設備，還可以有更多的選擇，尤其是有了軟體化的儲存系統之後，企業就可以用一般通用的x86伺服器，即可建置所要的儲存環境，而不再像過去一樣，只能透過買一臺臺搭配專用硬體的儲存設備來擴充，所以能降低資料儲存成本。

企業除了需因應既有IT系統不斷成長的儲存空間需求，對於儲存非結構化資料的需求也日益增加，因此，物件式儲存（Object Storage）隨之受到重視，通常應用在各種監管資料的歸檔，像是金融財務、醫療照護與法律相關文件保存，也可以用在資料庫儲存、電子郵件歸檔、大型網站存放的各種數位內容、大量檔案儲存、視訊影音檔案儲存，或是資料備份，用途非常廣泛。

而關於物件式儲存環境的建置，也有不少廠商提供企業級產品，例如EMC有Isilon、Centera、Atmos、ViPR、ECS等儲存設備、軟體控制器，NetApp則有StorageGRID軟體，而HDS的HCP系列設備也能支援相關應用。

另一個熱中提供物件式儲存的領域，則是雲端服務業者的應用，像是AWS S3、微軟Azure Storage、Google Cloud Storage。此外，在開放原始碼軟體界也發展出不少選擇，像是OpenStack雲基礎架構套件當中的Swift、以及先後被Red Hat併購的GlusterFS和Ceph。

而在這些提供物件式儲存的雲服務和軟體當中，後勢最被看好的是Ceph，因為它不只是支援橫向擴展，本身可提供的儲存方式最為多元，可以同時支援區塊式儲存（Block Storage），以及檔案式儲存（File Storage），如此一來，Ceph的用途就很廣泛，不只針對雲端服務與應用程式搭配的物件式儲存，也可以因應一般伺服器主機、虛擬機器所要運用的區塊式儲存需求，若需要提供網路共用檔案和資料夾的存取能力，它也能支援NFS、CIFS網路儲存環境的使用。

2013年開始，Server SAN市場區分為兩大部分：企業級Server SAN和超大型（Hyper scale）Server SAN。前者代表企業需要支援多種混合式工作負載、文件管理、安全性和法規遵循；後者是由大型服務供應商所發展出來的市場，為的是滿足自身應用程式部署與執行需求。

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資料來源：Wikibon Server SAN Research Project 2014，2015年7月

挾OpenStack建置比例持續成長之勢，Ceph聲勢水漲船高

由於能同時滿足多種儲存環境的需求，採用Ceph的用戶日益增加，尤其是想要運用OpenStack來建構雲環境的服務業者和企業。

因為在OpenStack的系統架構下，為了充分支援各式各樣的資料儲存應用，而發展了Cinder和Swift套件，分別對應區塊式儲存與物件式儲存，此外，提供運算服務的Nova套件與映像服務的Glance套件，也都需要儲存資料。

雖然這些儲存環境都可以搭配其他儲存系統或伺服器來提供，但基本上，大部分僅能支援區塊式儲存或物件式儲存，單靠一套系統架構能全部涵蓋到上述儲存需求的平臺，寥寥無幾，但Ceph正是其中之一，而且歷經十年的發展，成熟度足夠，所以特別受到OpenStack用戶的青睞。

因為，一旦搭配Ceph，用戶在整個OpenStack環境下，只需要面對單一儲存系統，而不是需同時處理多種。

而目前有哪些組織單位正在用Ceph？當中了包含大型網站、雲服務業者、企業。像是美國財經媒體彭博社，他們以OpenStack建構私有雲IaaS環境：Bloomberg Clustered Private Cloud時，當中搭配了Ceph儲存系統，由250臺以上的運算節點所組成，提供的容量高達PB。

另一個例子是時代華納有線電視公司（Time Warner Cable），他們也是在2014年建置OpenStack的初期，就開始採用Ceph作為區塊式儲存環境，以便搭配OpenStack的Cinder套件來使用，支援虛擬機器的不停機遷移應用，至今他們已經歷4次儲存容量擴展的作業。

阿拉巴馬大學伯明罕分校（UAB）對於Ceph的採用，則是較偏向學術研究應用需求的例子。他們有900多位研究員專攻癌症與基因體學領域，資料分散在筆電、USB硬碟、伺服器與高效能運算（HPC）的叢集內，想把資料集中到叢集內，會花太多時間，流量也會大到堵塞共用的網路，於是他們與Dell、Ceph先前的母公司Inktank合作，在2013年建置出一套基於OpenStack和Ceph的集中儲存環境，提供400 TB以上的儲存空間，每GB儲存成本只需0.4美元，日後容量可擴展到5PB。

UAB將資料遷移上去，並為HPC叢集建置了一個專用的10Gb的乙太交織網路（Ethernet Fabric），配置了12臺坐擁16核心的運算節點，每臺節點本身掛載了36TB的儲存空間。如此一來，他們可以運用虛擬化的伺服器和儲存系統，可因應HPC運算的需求，像是使用者能直接控制應用程式環境，想要動態地設立個別的測試、開發、上線環境，都較以往來得方便；若要存放研究用的資料，也有充裕的空間；而在這樣的架構下，能同時整合開放原始碼軟體、商用軟體，應用快速發展的雲端軟體工具和服務。

在電信業當中，也有採用OpenStack和Ceph的建置實例。像是歐洲最大的德國電信（Deutsche Telekom AG），採用OpenStack來建置內部的IaaS雲環境Wolke-7，初期用Ubuntu Cloud Archive的OpenStack版本，並以Inktank的Ceph版本設立了3臺儲存節點，共提供60TB容量，幾個月之後，又建立了新的OpenStack環境，當中有8臺Ceph節點，共提供312TB容量。

OpenStack與Ceph交互運作的架構

Ceph為OpenStack一個可統整多種儲存應用的基礎架構，透過單一系統架構，即可同時提供區塊式儲存、物件式儲存與檔案服務，又能兼具充分的橫向擴充規模特性。

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資料來源：Red Hat，2015年9月

單純為了能儲存更多資料而採用Ceph的企業，也越來越多

Ceph多才多藝，能同時滿足多種大資料儲存的需求，然而，基於建置OpenStack的儲存環境，只是企業決定採用的原因之一，有不少公司是期望以成本較低、更有彈性的作法，來取得橫向擴充儲存容量能力，而導入Ceph。

就以Yahoo來說，今年4月，他們宣布在Flickr相簿服務當中，採用了名為Cloud Object Store（COS）的軟體定義儲存方案，當中用的技術就是Ceph。

這麼做，是因為Yahoo本身需要長期儲存的物件數量，超過2千5百億個，所占用的空間有0.5EB，然而，由於行動化應用的普及，導致他們所要儲存的圖片、視訊，以及負荷的使用者數量大幅激增，以目前而言，Yahoo對於物件儲存容量需求，每年的成長率高達20％到25％，整體而言，他們需要的儲存容量不僅相當驚人，而且還要設法持續擴充，才能支撐網站服務規模繼續發展。

初期，Yahoo將以此架構為基礎，將可提供資料儲存的容量提升到PB等級，今年，他們也計畫將COS的數量擴充到10倍之多，以擴大支援Flickr、Yahoo Mail電子郵件信箱，以及Tumblr網誌，屆時可提供儲存的空間，將上看數百PB。

另一個經典的例子，則是網站主機與雲端服務代管商Dreamhost，他們運用Ceph技術，在2012年推出一套名為DreamObjects的物件式儲存服務，當然這也跟Dreamhost創辦人Sage Weil有關，因為他同時是把Ceph開發出來的人。

早期Dreamhost也曾採用NetApp、Coraid SAN、昇陽Sunfire X4500、BlueArc等廠牌的儲存設備，後來則改用Ceph。

以DreamHost而言，目前上線提供的儲存容量已超過2PB，但還能夠再擴充上去。而就這套服務所提供的儲存容量租用費率來說，每月每GB可達到0.07美元的程度，價格相當具有競爭力，而這仰賴的是Ceph提供的橫向擴展儲存架構，以及大規模採用通用伺服器、大容量SATA介面硬碟的關係，而能夠進一步降低整體持有成本。

Ceph是OpenStack用戶最常搭配的區塊式儲存

近幾年來，OpenStack基金會在2月到10月之間舉行使用者大調查，而根據2014年的統計結果，在區塊式儲存的驅動程式這一項上，採用Ceph RBD（RADOS Block Devices）的比例居冠──37％用戶在上線環境採用，而有47％是在開發、品質測試環境搭配Ceph，在概念驗證階段建置Ceph的人，也有31％。而在2015年5月的使用者調查，在上線環境採用Ceph的比例，已經提升到44％，成長速度很快。