云数据中心软件定义存储与分布式存储
软件定义存储技术与应用场景解析
软件定义存储技术与应用场景解析随着云计算、大数据、人工智能等领域的迅速发展，存储技术也不断被推陈出新。
其中，软件定义存储技术（Software Defined Storage，SDS）作为一种基于软件的存储方案，备受关注。
本文将详细介绍软件定义存储技术的基本原理和应用场景。
一、软件定义存储技术的基本原理软件定义存储技术是一种以软件为核心的存储解决方案，将传统的硬件存储和软件存储进行了融合，在控制层面实现存储资源的统一调度和管理。
具体来说，软件定义存储技术包括以下几大核心技术：1.虚拟化技术：通过虚拟化技术，可以将物理存储抽象为虚拟化的存储池，从而实现存储资源的动态调度和管理。
2.分布式存储技术：通过分布式存储技术，可以将不同的存储设备进行协同工作，实现集群化管理和可靠性提升。
3.自动化管理技术：通过自动化管理技术，可以对存储资源进行自动化的配置、监控和维护，提高存储系统的效率和可靠性。
4.软件定义接口技术：通过软件定义接口技术，可以将存储管理接口进行虚拟化，为上层应用提供标准、高效的接口。
二、软件定义存储技术的应用场景1.云计算领域随着云计算的快速发展，越来越多的企业将存储资源移到云端，以更好地满足业务需求。
而软件定义存储技术正是为这一需求而生，它能够为云计算平台提供更加便捷、灵活、高效的存储方案，提高云计算平台的性能和可靠性。
2.大数据领域在大数据领域中，存储需求和数据量呈指数级增长。
传统的硬件存储无法满足这一需求，而软件定义存储技术可以动态扩容、高效管理多种存储设备，满足大数据处理的存储需求。
3.容器化应用场景近年来，容器技术在应用场景中越来越受到关注。
而传统的存储方案往往不适合容器化应用场景，而软件定义存储技术则可以提供针对容器化应用的存储方案，为容器化应用的存储需求提供更加便捷的解决方案。
4.物联网应用在物联网应用中，嵌入式设备的存储容量有限，传统的存储方案无法满足物联网应用的存储需求。
高校智慧校园云数据中心解决方案
分散的资源和业务驱动的服务需求
校区A数据中心
院系N数据中心
校区B数据中心
院系A数据中心
高校数据中心建设面临的主要问题
高校正渐渐成为黑客猖獗的领域之一。
环境构建复杂
新应用部署需要需要进机房，动网络，时间长新应用没有统一规划：存储、备份、可靠性拓扑结构越来越复杂，新增系统布线困难
科研创新受制
各院系各部门存在大量信息孤岛无法共享部门间信息化标准不统一，互通困难资源的总体利用效率低，平均只有约20%
…
数据融合
颠覆式演进：数据库平台变更，带来传统IT应用修改的巨大风险，部分复杂关系数据模型无法完备支持
平滑式演进：传统应用在数据库不变的前提下，采用企业级分布式存储+X86实现小型机及传统存储替换，解决数据库扩展性与并发处理瓶颈问题；针对创新应用，则可直接基于Hadoop，MPP和No SQL数据库中间件平台进行开发
应用场景及收益
特性描述
应用编排模板，支持与服务管理平台关联，发布到服务目录；应用端到端的自动化部署，支持虚机、物理机的自动化部署。支持商业平台软件，包括Apache 2.2.4、WeblogicV9.2/V10.3.5 、Oracle10gR2/11gR2 等常用软件；
基础架构
基础软件
应用
现有数据中心
应用场景及收益
特性描述
实现计算资源与业务负载之间的动态匹配。可以与现有资源池共同管理，跨资源池进行资源监控，资源调配。－ 自动VM创建，新VM自动加入LB组－ 支持应用虚机负载监控触发VM弹性扩展的能力；
VM
vLB
VM
NEW VM
VM
HEAT
Scale out
业务WEB组件弹性伸缩组
云计算中的软件定义存储与分布式存储
云计算中的软件定义存储与分布式存储随着信息技术的不断发展和进步，云计算已经成为现代企业信息管理的重要手段。
然而，随之而来的数据爆炸和对数据存储的高要求，对存储系统提出了新的挑战。
为了满足这些需求，软件定义存储（Software-Defined Storage，SDS）和分布式存储被广泛应用于云计算环境，为企业提供了高效的数据存储和管理解决方案。
一、软件定义存储（SDS）软件定义存储是一种基于软件来实现存储功能的技术，通过将存储控制器与硬件存储解耦，实现存储资源的虚拟化和集中管理。
SDS不依赖于特定的硬件设备，而是通过软件定义的方式提供存储服务，使得存储系统更加灵活和可扩展。
1. 软件定义存储的特点软件定义存储具有以下几个显著特点：a. 虚拟化：SDS通过将存储资源虚拟化，使得用户可以根据实际需求灵活配置和调整存储空间，并实现对存储资源的集中管理。
b. 弹性扩展：SDS具有良好的可扩展性，可以根据业务需求快速添加和移除存储节点，实现存储资源的弹性扩展。
c. 自动化管理：SDS可以通过自动化的管理手段，实现对存储资源的智能化管理，提高存储系统的可用性和性能。
d. 数据安全性：SDS提供了多种数据保护和备份的机制，保证数据的安全性和可靠性。
2. 软件定义存储的应用软件定义存储广泛应用于云计算环境中，主要有以下几个方面：a. 虚拟化存储：SDS可以与虚拟化平台结合，为虚拟机提供高效的存储服务，提高虚拟化环境的性能和可用性。
b. 分布式存储：SDS可以实现分布式存储的功能，将多个存储设备组合成一个逻辑存储池，提供高可用性和扩展性的存储服务。
c. 大数据存储：SDS可以通过与大数据平台的结合，提供高性能和高可扩展性的存储解决方案，满足对大数据存储和分析的需求。
二、分布式存储分布式存储是一种将数据分散存储在不同节点上的存储技术，通过将数据切分成多个片段存储在不同的节点上，实现数据的分布式存储和管理。
分布式存储可以提供高可用性和可扩展性的存储服务，适用于大规模的数据存储场景。
数据中心与云存储技术
数据中心与云存储技术随着现代社会信息化的不断发展，数据量呈现出爆炸性增长的趋势。
在这样的背景下，数据中心和云存储技术应运而生，并得到了广泛的应用和发展。
本文将从数据中心和云存储技术的基本概念、关键技术和发展趋势等方面进行探讨。
一、数据中心的基本概念与架构数据中心是一个集中管理和处理数据的场所，为用户提供安全、稳定、高效的数据存储和管理服务。
它通常由服务器、网络设备、存储设备和软件系统等组成。
数据中心的架构通常包括计算资源、存储资源、网络资源和管理资源等几个主要组成部分。
1. 计算资源计算资源是数据中心的核心组成部分，它包括一系列的服务器，用于进行数据的处理和计算。
这些服务器通常采用集群的方式，能够实现高性能和高可用性的计算服务。
2. 存储资源存储资源是数据中心的重要组成部分，它用于存储大量的数据。
存储资源通常采用分布式存储技术，将数据分散存储在多个独立的存储设备上，实现数据的高可靠性和高可用性。
3. 网络资源网络资源是数据中心的基础设施，它用于实现数据中心内部各个设备之间的通信和数据传输。
网络资源通常采用高速网络和虚拟化技术，保证数据的快速传输和高效利用。
4. 管理资源管理资源是数据中心的管理和维护部分，它包括设备监控、故障处理、安全管理和资源调度等功能。
管理资源通常采用自动化和智能化的技术，提高数据中心的管理效率和运行稳定性。
二、云存储技术的基本概念与特点云存储技术是在云计算环境下提供的高效、可扩展和可靠的存储服务。
它将数据存储在云端的分布式存储系统中，用户可以随时随地通过互联网访问和管理自己的数据。
云存储技术具有以下几个特点：1. 高可靠性云存储技术采用分布式存储架构，将数据分散存储在多个物理设备上，提高了数据的可靠性。
即使某个设备发生故障，也能够通过冗余备份的方式进行数据的恢复和保护。
2. 高可扩展性云存储技术能够根据用户的需求自动进行扩展，提供弹性的存储空间。
用户无需关注存储空间的管理和扩容，只需要根据实际需要使用存储服务。
分布式存储基础、Ceph、cinder及华为软件定义的存储方案
块存储与分布式存储块存储，简单来说就是提供了块设备存储的接口。
通过向内核注册块设备信息,在Linux 中通过lsblk可以得到当前主机上块设备信息列表。
本文包括了单机块存储介绍、分布式存储技术Ceph介绍，云中的块存储Cinder，以及华为软件定义的存储解决方案。
单机块存储一个硬盘是一个块设备，内核检测到硬盘然后在/dev/下会看到/dev/sda/。
因为需要利用一个硬盘来得到不同的分区来做不同的事，通过fdisk工具得到/dev/sda1, /dev/sda2等，这种方式通过直接写入分区表来规定和切分硬盘,是最死板的分区方式。
分布式块存储在面对极具弹性的存储需求和性能要求下，单机或者独立的SAN越来越不能满足企业的需要。
如同数据库系统一样，块存储在scale up的瓶颈下也面临着scale out的需要。
分布式块存储系统具有以下特性：分布式块存储可以为任何物理机或者虚拟机提供持久化的块存储设备;分布式块存储系统管理块设备的创建、删除和attach/detach;分布式块存储支持强大的快照功能，快照可以用来恢复或者创建新的块设备;分布式存储系统能够提供不同IO性能要求的块设备。
现下主流的分布式块存储有Ceph、AMS ESB、阿里云磁盘与sheepdog等。
1Ceph1.1Ceph概述Ceph目前是OpenStack支持的开源块存储实现系统(即Cinder项目backend driver之一) 。
Ceph是一种统一的、分布式的存储系统。
“统一的”意味着Ceph可以一套存储系统同时提供对象存储、块存储和文件系统存储三种功能，以便在满足不同应用需求的前提下简化部署和运维。
“分布式”在Ceph系统中则意味着真正的无中心结构和没有理论上限的系统规模可扩展性。
Ceph具有很好的性能、可靠性和可扩展性。
其核心设计思想，概括为八个字—“无需查表，算算就好”。
1.2Ceph系统的层次结构自下向上，可以将Ceph系统分为四个层次：基础存储系统RADOS（Reliable, Autonomic, Distributed Object Store，即可靠的、自动化的、分布式的对象存储）；基础库LIBRADOS；高层应用接口：包括了三个部分：RADOS GW（RADOS Gateway）、RBD（Reliable Block Device）和Ceph FS（Ceph File System）。
云计算中的软件定义存储技术
云计算中的软件定义存储技术云计算是近年来广受欢迎的一种计算机技术，能够提供高效、灵活的计算、存储和网络服务。
而软件定义存储技术作为其关键技术之一，也越来越受到关注。
本文将介绍云计算中的软件定义存储技术，包括其定义、分类、应用及发展趋势。
一、什么是软件定义存储软件定义存储（SDS）是一种新兴的存储技术，它将控制平面和数据平面物理分离，将存储控制软件部署在虚拟机或容器中，通过逻辑卷管理器（LVM）、分布式文件系统等技术，使用集群存储节点提供分布式存储服务。
其特点是具有高可用性、易于扩展、支持各种协议等。
二、软件定义存储分类目前，软件定义存储技术主要分为三类：块存储、文件存储和对象存储。
1.块存储块存储是一种适用于虚拟化、云计算等场景的存储形式，其提供的是一种块设备，支持基于块的协议，如iSCSI、FC等。
它可以在物理服务器和虚拟服务器之间提供数据共享，同时能够实现高可用、灵活扩展、数据冗余备份等功能。
2.文件存储文件存储是一种按文件访问的存储形式，它提供的是一种共享式的存储，例如NFS、SMB、CIFS等协议。
相较于块存储，文件存储可以在不同操作系统和平台之间实现数据共享，同时还可以提供更细粒度的数据访问控制等功能。
3.对象存储对象存储是一种以对象为中心的存储形式，它存储的是一种归档数据，例如图片、视频、文档等等，支持通过API进行存取。
对象存储提供了存储可扩展性、容错性、高性能等特性，并且支持多种访问协议，如AWS S3、OpenStack Swift等。
三、软件定义存储应用软件定义存储技术应用非常广泛，主要包括以下几个方面。
1.云存储软件定义存储技术为云存储提供了良好的支持，例如OpenStack的swift和Ceph都是使用软件定义存储技术来实现云存储服务的。
2.虚拟化存储虚拟化技术发展迅速，越来越多的企业开始使用虚拟化技术来实现服务器的资源共享。
而软件定义存储技术则是实现虚拟化存储的重要手段之一。
服务器存储技术方案
服务器存储技术方案一、直连存储方案直连存储方案是指服务器直接连接到存储设备上进行数据传输和存储的方案。
常见的直连存储方案包括SCSI、SAS和FC等。
这种方案具有低延迟、高带宽、高可靠性的特点，适合于高性能和高可靠性的应用场景。
但是，这种方案的成本比较高，需要专门的存储设备和硬件支持。
二、网络存储方案网络存储方案是指将服务器和存储设备通过网络连接起来进行数据传输和存储的方案。
常见的网络存储方案包括NAS和SAN等。
NAS（Network Attached Storage）是指通过网络连接的存储设备，提供文件共享和存储服务。
它具有易扩展、易管理的特点，适合于小型和中型企业。
SAN （Storage Area Network）是将存储设备独立于服务器的一种存储技术，通过光纤通道或以太网连接服务器和存储设备。
它具有高可扩展性、高性能、高可靠性的特点，适合于大型企业和数据中心。
三、软件定义存储方案软件定义存储（Software Defined Storage，SDS）是一种通过软件虚拟化来管理和存储数据的方案。
它通过解耦存储管理软件和硬件，提供灵活性和可扩展性。
SDS可以将不同的存储设备组合起来，形成一个共享存储池，提供统一的存储管理界面。
它还可以在存储设备之间进行数据迁移和平衡，提高存储的利用率和性能。
SDS适用于私有云和混合云环境。
四、分布式存储方案分布式存储方案是指将数据分散存储在多个服务器上，通过分布式文件系统或对象存储来管理和访问数据的方案。
常见的分布式存储方案包括Hadoop、Ceph和GlusterFS等。
分布式存储方案具有高可扩展性、高性能、高可靠性等优点，可以支持PB级别的数据存储和处理。
它适用于大规模数据分析和存储的场景。
五、混合存储方案混合存储方案是指将多种存储技术和方案结合起来，根据应用的特点和需求进行优化和配置的方案。
常见的混合存储方案包括SSD和HDD混合存储、本地存储和云存储混合、分层存储等。
什么是真正的软件定义数据中心
什么是真正的软件定义数据中心什么是真正的软件定义数据中心正文：1.引言软件定义数据中心（Software.Defined Data Center，简称SDDC）是一种全新的数据中心架构，通过软件定义和自动化的方式来实现数据中心的管理和运营。
SDDC将计算、存储、网络和安全等资源抽象成虚拟化的形式，使得数据中心的管理更加灵活、智能和高效。
2.关键组成部分2.1 软件定义计算在软件定义数据中心中，计算资源被抽象为虚拟机（Virtual Machine，简称VM）。
通过使用虚拟化技术，可以将物理服务器上的计算资源划分为多个虚拟机，从而实现资源的合理利用和灵活调配。
2.2 软件定义存储软件定义存储将物理存储设备抽象为虚拟存储池（Virtual Storage Pool），从而实现存储资源的汇总和共享。
通过在虚拟存储池中创建虚拟存储卷（Virtual Storage Volume），可以根据实际需求动态分配存储容量和性能。
2.3 软件定义网络软件定义网络（Software.Defined Networking，简称SDN）是SDDC的重要组成部分。
通过将网络功能从硬件设备中解耦，将网络控制平面和数据平面分离，实现网络的集中管理和灵活配置。
SDN 还提供了基于软件的网络功能，如虚拟交换机、虚拟路由器等。
2.4 软件定义安全软件定义安全（Software.Defined Security，简称SDS）是SDDC中必不可少的一部分。
SDS通过软件定义的方式，实现对网络和应用的安全保护。
通过集中的、程序化的安全策略管理，可以及时应对安全威胁和攻击，提高数据中心的安全性。
3.实现SDDC的关键技术3.1 虚拟化技术虚拟化技术是实现SDDC的基础，它可以将物理资源抽象为虚拟资源，实现资源的弹性分配和管理。
常见的虚拟化技术包括服务器虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化等。
3.2 自动化管理SDDC依靠自动化管理来实现对数据中心的智能化运维。
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传统存储挑战
1.2
软件定义存储
Ceph是一个可靠地、自动重均衡、自动恢复的分布式存储系统，根据场景划分可以将Ceph分为三大块 对象存储 设备存储 文件系统服务
Ceph相比其它存储的优势点在于它不单单是存储，同时还充分利用了存储节点上的计算能力，在存储 每一个数据时，都会通过计算得出该数据存储的位置，尽量将数据分布均衡，同时由于Ceph的良好设 计，采用了CRUSH算法、HASH环等方法，使得它不存在传统的单点故障的问题，且随着规模的扩大性 能并不会受到影响。
oid(object id: ino + ono)
3.8
Ceph IO算法流程--Object
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： hash(oid) % PG num-> pgid
云数据中心软件定义存储与分布式存储
课程目录
1
年度工作概述
ANNUAL WORK SUMMARY
2
工作完成情况
COMPLETION OF WORK
3
成功项目展示
SUCCESSFUL PROJECT
4
明年工作计划
NEXT YEAR WORK PLAN
01
PART 01
第一部分
软件定义存储
1.1
价格昂贵 扩展性 基于硬件 不便于开发
02
PART 02
第二部分
Ceph介绍
2.1
Ceph发展历程
2.2
Ceph基础架构
03
PART 03
第三部分
Ceph存储机制
3.1
Rados
基础存储系统RADOS（Reliable, Autonomic,Distributed Object Store，即可靠的、自动化的、分布 式的对象存储） 是一个完整的对象存储系统，所有存储在Ceph系统中的用户数据事实上最终都是由这一层来存储 Ceph的高可靠、高可扩展、高性能、高自动化等等特性本质上也是由这一层所提供的 理解RADOS是理解Ceph的基础与关键。物理上，RADOS由大量的存储设备节点组层，每个节点 拥有自己的硬件资源（CPU、内存、硬盘、网络），并运行着操作系统和文件系统
3.9
Ceph IO算法流程--PG
PG(Placement Group),用途是对object的存储进 行组织和位置映射,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 – CRUSH(pgid)->(osd1,osd2,osd3)
client，io写入完成
3.6
Ceph IO算法流程源自3.7Ceph IO算法流程--File
用户需要读写的文件 File->Object映射
ino (File的元数据，File的唯 一id)
ono(File 切 分 产 生 的 某 个 object 的 序 号 ， 默 认 以 4M 切 分一个块大小)
3.10
Ceph RBD IO流程
3.11
Ceph Pool和PG分布
3.12
Ceph 数据扩容PG分布
现状
扩容后
谢谢大家！
3.4
Ceph I/O及数据分布
3.5
正常IO流程图
client 创建cluster handler client 读取配置文件 client 连接上monitor，获取集群map信息 client 读写io 根据crshmap 算法请求对应的主
osd数据节点 主osd数据节点同时写入另外两个副本节点数据 等待主节点以及另外两个副本节点写完数据状态 主节点及副本节点写入状态都成功后，返回给
3.3
高层应用接口
高层应用接口包括了三个部分： RADOS GW（RADOS Gateway） RBD（Reliable Block Device） Ceph FS（Ceph File System）
作用是在librados库的基础上提供抽象层次更高、更便于应用或客户端使用的上层接口。其中， RADOS GW是一个提供与Amazon S3和Swift兼容的RESTful API的gateway，以供相应的对 象存储应用开发使用。RADOS GW提供的API抽象层次更高，但功能则不如librados强大。 因此，开发者应针对自己的需求选择使用。RBD则提供了一个标准的块设备接口，常用于在 虚拟化的场景下为虚拟机创建volume。目前，Red Hat已经将RBD驱动集成在KVM/QEMU 中，以提高虚拟机访问性能。Ceph FS是一个POSIX兼容的分布式文件系统。由于还处在开发 状态，因而Ceph官网并不推荐将其用于生产环境中。
3.2
基础库Librados
librados功能是对RADOS进行抽象和封装，并向上层提供API，以便直接基于RADOS（而不是整个 Ceph）进行应用开 RADOS是一个对象存储系统，librados实现的API也只是针对对象存储功能 RADOS采用C++开发，所提供的原生librados API包括C和C++两种。物理上，librados和基于 其上开发的应用位于同一台机器，因而也被称为本地API。应用调用本机上的librados API，再由 后者通过socket与RADOS集群中的节点通信并完成各种操作