3.6. Ceph クライアントデータのストライピング

ストレージデバイスにはスループットの制限があり、パフォーマンスとスケーラビリティーに影響を及ぼします。そのため、ストレージシステムは多くの場合、スループットとパフォーマンスを向上させるために、ストライピング (複数のストレージデバイス間で連続した情報を保存する) をサポートします。データストライピングの最も一般的な形式は RAID から来ています。Ceph のストライピングに最も類似する RAID タイプは、RAID 0、つまり「ストライプ化ボリューム」です。 Ceph のストライピングでは、RAID 0 ストライピングのスループット、n-way RAID ミラーリングの信頼性、および迅速なリカバリーを提供します。

Ceph には、Ceph Block Device、Ceph Filesystem、および Ceph Object Storage の 3 種類のクライアントがあります。Ceph クライアントは、ブロックデバイスイメージ、RESTful オブジェクト、CephFS ファイルシステムディレクトリーなど、ユーザーに提供する表現形式から、Ceph Storage Cluster に格納するためのオブジェクトにデータを変換します。

最も単純な Ceph のストライプ化形式には、1 つのオブジェクトのストライプ数が含まれます。Ceph クライアントは、オブジェクトが最大容量になるまで Ceph Storage Cluster オブジェクトにストライプユニットを書き込みます。その後、データの追加のストライプ用に別のオブジェクトを作成します。ストライプ化の最も単純な形式は、小さなブロックデバイスイメージ、S3 または Swift オブジェクトにとって十分と言えます。ただし、この単純な形式では、配置グループ全体にデータを分散する Ceph の機能をを最大限に活用しないため、パフォーマンスはそれほど向上しません。以下の図は、ストライプ化の最も単純な形式を示しています。

大きなイメージサイズや、たとえばビデオなどの大きな S3 または Swift オブジェクトが予想される場合は、オブジェクトセット内の複数のオブジェクトにクライアントデータをストライプ化することで、読み取り/書き込みのパフォーマンスが大幅に向上する可能性があります。クライアントが対応するオブジェクトに並列にストライプユニットを書き込むと、書き込みパフォーマンスが大幅に向上します。オブジェクトは異なる配置グループにマッピングされ、さらに異なる OSD にマッピングされるため、それぞれの書き込みは最大書き込み速度で並行して行われます。単一のディスクへの書き込みは、ヘッドの動き、たとえばシークあたり 6 ミリ秒、およびその 1 つのデバイスの帯域幅 (たとえば 100MB/秒) によって制限されます。異なる配置グループおよび OSD にマッピングする複数のオブジェクトに書き込みを分散することにより、Ceph はドライブごとのシーク数を減らし、複数のドライブのスループットを組み合わせて、はるかに高速な書き込みまたは読み取り速度を実現できます。

以下の図では、クライアントデータは、4 つのオブジェクトで構成されるオブジェクトセット (以下の図の object set 1) でストライプ化されます。最初のストライプユニットは、object 0 の stripe unit 0 です。4 番目のストライプユニットは、object 3 の stripe unit 3 です。4 番目のストライプを作成したら、クライアントはオブジェクトセットがいっぱいかどうかを判断します。オブジェクトセットが満杯でない場合は、クライアントが最初のオブジェクトにストライプを書き始め、以下の図の object 0 を参照してください。オブジェクトセットが満杯になると、クライアントは新しいオブジェクトセットを作成し、以下の図の object set 2 を参照し、ストライプユニットが 16 の状態で最初のストライプへの書き込みを開始します。新しいオブジェクトセットの最初のオブジェクトセットでは、以下の図の object 4 を参照してください。

3 つの重要な変数が、Ceph によるデータのストライプ化方法を決定します。

Ceph クライアントがデータをストライプユニットにストライプ化し、ストライプユニットをオブジェクトにマッピングすると、Ceph の CRUSH アルゴリズムは、オブジェクトをストレージディスクにファイルとして保存する前に、オブジェクトを配置グループにマッピングし、配置グループを CephOSD デーモンにマッピングします。