O crescimento exponencial dos dados gerou uma demanda crescente por soluções de armazenamento que sejam escaláveis, flexíveis e confiáveis. Nesse sentido, o Ceph se destaca como um sistema de armazenamento distribuído open-source, projetado para atender a essa necessidade, além de oferecer alta disponibilidade e tolerância a falhas. Portanto, vamos explorar neste artigo os conceitos básicos do Ceph dentro do contexto de SDS.

O que é SDS (Software-Defined Storage)?

SDS é um modelo de armazenamento em que o software gerencia recursos de dados de forma independente do hardware subjacente. Esse conceito permite maior flexibilidade, escalabilidade e eficiência operacional, pois elimina a dependência de fornecedores específicos de hardware.

Dessa forma, o Ceph é um dos principais exemplos de SDS, pois fornece um sistema distribuído capaz de suportar blocos, arquivos e objetos dentro de uma única plataforma.

O que é o Ceph?

O Ceph é, acima de tudo, um sistema de armazenamento distribuído projetado para oferecer escalabilidade massiva, alta disponibilidade e consistência dos dados. Assim, ele utiliza uma arquitetura baseada em componentes que trabalham de forma integrada, para fornecer armazenamento distribuído de forma eficiente.

Principais características:

• Escalabilidade horizontal: pode ser expandido facilmente com a adição de novos nós, sem causar interrupções no sistema.
• Alta disponibilidade: replica e distribui os dados para evitar pontos únicos de falha, garantindo a continuidade do serviço.
• Armazenamento diversificado: oferece suporte a blocos, objetos e sistemas de arquivos, permitindo flexibilidade no tipo de dados armazenados.
• Open-source: por ser uma solução open-source, não exige custos de licenciamento e possui uma ampla comunidade de suporte.

Componentes principais do Ceph

Antes de tudo, para entender o funcionamento do Ceph, é essencial conhecer seus principais componentes. Por exemplo:

1. OSDs (Object Storage Daemons)

Os OSDs são responsáveis por armazenar e replicar os dados no cluster Ceph. Então, cada dispositivo de armazenamento possui um daemon OSD, que gerencia a distribuição e recuperação dos dados.

2. MONs (Monitor Daemons)

Os Monitores gerenciam as informações do cluster, como, por exemplo, o estado dos OSDs, a autenticação e a configuração geral. Assim, eles garantem a consistência e a coordenação entre os nós.

3. MGRs (Manager Daemons)

Os Managers fornecem informações adicionais sobre o estado do cluster. Além disso, disponibilizam métricas de desempenho e interface administrativa.

4. MDS (Metadata Server)

O servidor de metadados é essencial para o CephFS, pois armazena informações sobre diretórios e permissões de arquivos, possibilitando o funcionamento do sistema de arquivos.

5. CRUSH (Controlled Replication Under Scalable Hashing)

O CRUSH é o algoritmo utilizado pelo Ceph para distribuir dados de forma eficiente e escalável. Dessa forma, ele permite que os clientes calculem onde os dados devem ser armazenados, sem depender de um servidor centralizado.

6. Librados

O Librados é a biblioteca que permite a comunicação direta entre aplicativos e o sistema de armazenamento Ceph. Assim, é possível  eliminar a necessidade de um sistema de arquivos intermediário. Contudo, isso permite que aplicações interajam com os dados de forma eficiente, aproveitando os benefícios do RADOS.

7. Mapas de metadados

O Ceph utiliza diversos mapas de metadados para gerenciar a estrutura do cluster. Por exemplo:

• Monitor Map: contém informações sobre os monitores do cluster.
• Manager Map: gerencia as informações dos Managers do Ceph.
• OSD Map: mantém o estado e a localização dos OSDs.
• PG Map: monitora os grupos de colocação (Placement Groups).
• CRUSH Map: define como os dados são distribuídos entre os OSDs.
• MDS Map: contém informações sobre os servidores de metadados do CephFS.

Conceitos fundamentais do Ceph

Pools

Pools são conjuntos lógicos de armazenamento dentro do Ceph, usados para organizar os dados. Além disso, ajudam a definir políticas de replicação e codificação.

Placement Groups (PGs)

Os Placement Groups são subdivisões dos pools que ajudam a distribuir e balancear os dados entre os OSDs. Assim, melhoram a escalabilidade e a recuperação de falhas.

Redes do Ceph

O sistema de armazenamento opera com duas redes principais para otimizar o tráfego de dados e controle:

• Rede pública: Utilizada para comunicação entre clientes e monitores.
• Rede do cluster: Usada para replicação e recuperação de dados entre OSDs.

Fluxo básico do Ceph

1. Primeiramente, o cliente solicita um dado ao cluster Ceph.
2. Em seguida, o CRUSH calcula em quais OSDs os dados estão armazenados.
3. Logo, a requisição é direcionada ao OSD correto, utilizando, então, o Placement Group apropriado.
4. O OSD retorna os dados ao cliente, garantindo, assim, que a replicação e a integridade sejam mantidas.

Modos de armazenamento 

O Ceph oferece diferentes modos de armazenamento para atender diversas necessidades. Por exemplo:

1. RADOS (Reliable Autonomic Distributed Object Store)

É a base do Ceph, um sistema de armazenamento distribuído e, sobretudo, escalável.

2. RBD (RADOS Block Device)

Fornece armazenamento em bloco distribuído. Assim, acaba sendo utilizado em soluções como OpenStack e Kubernetes.

3. CephFS (Ceph File System)

Sistema de arquivos distribuído baseado no Ceph. Dessa forma, permite armazenar arquivos em um sistema de alta disponibilidade.

4. Object Storage (RGW – RADOS Gateway)

Primordialmente, permite armazenamento de objetos compatível com S3. Portanto, ideal para soluções em nuvem.

Benefícios do Ceph

O sistema de armazenamento se destaca por suas vantagens. Por exemplo:

• Escalabilidade ilimitada: cresce de forma linear adicionando novos nós.
• Redução de custos: utiliza hardware comum para implementação.
• Tolerância a falhas: ele replica dados automaticamente para garantir resiliência.
• Flexibilidade: suporte a vários formatos de armazenamento.

Conclusão

Por fim, o Ceph é uma solução poderosa dentro do conceito de SDS, proporcionando um armazenamento distribuído, seguro e escalável. Contudo, seu uso é cada vez mais comum em ambientes empresariais, data centers e provedores de serviços em nuvem. Dessa forma, vem se tornando uma opção viável para quem busca um sistema de armazenamento flexível e de alto desempenho.

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