1. Ceph IO流程及数据分布

1.1 正常IO流程图

1. client 创建cluster handler。
2. client 读取配置文件。
3. client 连接上monitor，获取集群map信息。
4. client 读写io 根据crshmap 算法请求对应的主osd数据节点。
5. 主osd数据节点同时写入另外两个副本节点数据。
6. 等待主节点以及另外两个副本节点写完数据状态。
7. 主节点及副本节点写入状态都成功后，返回给client，io写入完成。

1.2 新主IO流程图

说明：
如果新加入的OSD1取代了原有的 OSD4成为 Primary OSD, 由于 OSD1 上未创建 PG , 不存在数据，那么 PG 上的 I/O 无法进行，怎样工作的呢？

步骤：

1. client连接monitor获取集群map信息。
2. 同时新主osd1由于没有pg数据会主动上报monitor告知让osd2临时接替为主。
3. 临时主osd2会把数据全量同步给新主osd1。
4. client IO读写直接连接临时主osd2进行读写。
5. osd2收到读写io，同时写入另外两副本节点。
6. 等待osd2以及另外两副本写入成功。
7. osd2三份数据都写入成功返回给client, 此时client io读写完毕。
8. 如果osd1数据同步完毕，临时主osd2会交出主角色。
9. osd1成为主节点，osd2变成副本。

1.3 Ceph IO算法流程

1. File用户需要读写的文件。File->Object映射：
   a. ino (File的元数据，File的唯一id)。
   b. ono(File切分产生的某个object的序号，默认以4M切分一个块大小)。
   c. oid(object id: ino + ono)。
2. Object是RADOS需要的对象。Ceph指定一个静态hash函数计算oid的值，将oid映射成一个近似均匀分布的伪随机值，然后和mask按位相与，得到pgid。Object->PG映射：
   a. hash(oid) & mask-> pgid 。
   b. mask = PG总数m(m为2的整数幂)-1 。
3. PG(Placement Group),用途是对object的存储进行组织和位置映射, (类似于redis cluster里面的slot的概念) 一个PG里面会有很多object。采用CRUSH算法，将pgid代入其中，然后得到一组OSD。PG->OSD映射：
   a. CRUSH(pgid)->(osd1,osd2,osd3) 。

1.4 Ceph IO伪代码流程

locator = object_name
obj_hash =  hash(locator)
pg = obj_hash % num_pg
osds_for_pg = crush(pg)    # returns a list of osds
primary = osds_for_pg[0]
replicas = osds_for_pg[1:]

1.5 Ceph RBD IO流程

步骤：

1. 客户端创建一个pool，需要为这个pool指定pg的数量。
2. 创建pool/image rbd设备进行挂载。
3. 用户写入的数据进行切块，每个块的大小默认为4M，并且每个块都有一个名字，名字就是object+序号。
4. 将每个object通过pg进行副本位置的分配。
5. pg根据cursh算法会寻找3个osd，把这个object分别保存在这三个osd上。
6. osd上实际是把底层的disk进行了格式化操作，一般部署工具会将它格式化为xfs文件系统。
7. object的存储就变成了存储一个文rbd0.object1.file。

1.6 Ceph RBD IO框架图

客户端写数据osd过程：

1. 采用的是librbd的形式，使用librbd创建一个块设备，向这个块设备中写入数据。
2. 在客户端本地同过调用librados接口，然后经过pool，rbd，object、pg进行层层映射,在PG这一层中，可以知道数据保存在哪3个OSD上，这3个OSD分为主从的关系。
3. 客户端与primay OSD建立SOCKET 通信，将要写入的数据传给primary OSD，由primary OSD再将数据发送给其他replica OSD数据节点。

1.7 Ceph Pool和PG分布情况

说明：

1. pool是ceph存储数据时的逻辑分区，它起到namespace的作用。
2. 每个pool包含一定数量(可配置)的PG。
3. PG里的对象被映射到不同的Object上。
4. pool是分布到整个集群的。
5. pool可以做故障隔离域，根据不同的用户场景不一进行隔离。

1.8 Ceph 数据扩容PG分布

场景数据迁移流程：

1. 现状3个OSD, 4个PG
2. 扩容到4个OSD, 4个PG

现状：

扩容后：

说明
每个OSD上分布很多PG, 并且每个PG会自动散落在不同的OSD上。如果扩容那么相应的PG会进行迁移到新的OSD上，保证PG数量的均衡。

作者信息

作者：李航
个人简介： 多年的底层开发经验，在高性能nginx开发和分布式缓存redis cluster有着丰富的经验，目前从事分布式存储Ceph工作。先后在58 同城、汽车之家、优酷土豆集团工作。目前供职于滴滴基础平台运维部-技术专家岗位，主要负责分布式Ceph系统。个人主要关注的技术领域：高 性能Nginx开发、分布式缓存、分布式存储。