SSD固态盘应用于Ceph集群的四种典型使用场景
在虚拟化及云计算技术大规模应用于企业数据中心的科技潮流中，存储性能无疑是企业核心应用是否虚拟化、云化的关键指标之一。传统的做法是升级存储设备，但这没解决根本问题，性能和容量不能兼顾，并且解决不好设备利旧问题。因此，企业迫切需要一种大规模分布式存储管理软件，能充分利用已有硬件资源，在可控成本范围内提供最佳的存储性能，并能根据业务需求变化，从容量和性能两方面同时快速横向扩展。这就是Server SAN兴起的现实基础。
Ceph作为Server SAN的最典型代表，可对外提供块、对象、文件服务的分布式统一存储系统，不可避免成为关注热点，越来越多的企业在生产环境部署和使用Ceph集群，截止今年4月份为止，云计算提供商DreamHost、欧洲核子研究中心CERN等企业已有3PB规模数据量的Ceph生产环境。
Ceph先进的架构，加上SSD固态盘，特别是高速PCIe SSD带来的高性能，无疑将成为Ceph部署的典型场景。同时，由于SSD相对昂贵的价格及企业已有设备的利旧考虑，如何控制成本，利用少量的SSD盘来达到关键业务（如电信计费系统的数据库业务等）对性能的要求，做到性能和成本的最佳平衡点，是用好Ceph的关键。下面讨论Ceph集群中SSD盘四种典型使用场景：
1. 作为OSD的日志盘
Ceph使用日志来提高性能及保证数据一致性。使用快速的SSD作为OSD的日志盘来提高集群性能是SSD应用于Ceph环境中最常见的使用场景。由于OSD日志读写的特点，在选择SSD盘时，除了关注IOPS性能外，要重点注意以下3个方面：
1）写密集场景
OSD日志是大量小数据块、随机IO写操作。选购SSD作为日志盘，需要重点关注随机、小块数据、写操作的吞吐量及IOPS；当一块SSD作为多个OSD的日志盘时，因为涉及到多个OSD同时往SSD盘写数据，要重点关注顺序写的带宽。
2）分区对齐
在对SSD分区时，使用Parted进行分区并保证4KB分区对齐，避免分区不当带来的性能下降。
3）O_DIRECT和O_DSYNC写模式及写缓存
由Ceph源码可知(ceph/src/os/FileJournal.cc)，OSD在写日志文件时，使用的flags是：
flags |= O_DIRECT | O_DSYNC
O_DIRECT表示不使用Linux内核Page Cache; O_DSYNC表示数据在写入到磁盘后才返回。
由于磁盘控制器也同样存在缓存，而Linux操作系统不负责管理设备缓存，O_DSYNC在到达磁盘控制器缓存之后会立即返回给调用者，并无法保证数据真正写入到磁盘中，Ceph致力于数据的安全性，对用来作为日志盘的设备，应禁用其写缓存。(# hdparm -W 0 /dev/hda 0)
使用工具测试SSD性能时，应添加对应的flag：dd … oflag=direct,dsync; fio … —direct=1, —sync=1…
2. 与SATA、SAS硬盘混用，但独立组成全SSD的Pool
基本思路是编辑CRUSH MAP，先标示出散落在各存储服务器的SSD OSD以及硬盘OSD(host元素)，再把这两种类型的OSD聚合起来形成两种不同的数据根(root元素)，然后针对两种不同的数据源分别编写数据存取规则(rule元素)，最后，创建SSD Pool，并指定其数据存取操作都在SSD OSD上进行。
在该场景下，同一个Ceph集群里存在传统机械盘组成的存储池，以及SSD组成的快速存储池，可把对读写性能要求高的数据存放在SSD池，而把备份数据存放在普通存储池。
对应于Ceph作为OpenStack里统一存储后端，各组件所使用的四个存储池：Glance Pool存放镜像及虚拟机快照、Nova Pool存放虚拟机系统盘、Cinder Volume Pool存放云硬盘及云硬盘快照、Cinder Backup Pool存放云硬盘备份，可以判断出，Nova及Cinder Volume存储池对IO性能有相对较高的要求，并且大部分都是热数据，可存放在SSD Pool；而Glance和Cinder Backup存储池作为备份冷数据池，对性能要求相对较低，可存放在普通存储池。
这种使用场景，SSD Pool里的主备数据都是在SSD里，但正常情况下，Ceph客户端直接读写的只有主数据，这对相对昂贵的SSD来说存在一定程度上的浪费。这就引出了下一个使用场景—配置CRUSH数据读写规则，使主备数据中的主数据落在SSD的OSD上。
Ceph里的命令操作不详细叙述，简单步骤示例如下：
1）标示各服务器上的SSD与硬盘OSD
# SAS HDD OSD
host ceph-server1-sas {
id -2
alg straw
hash 0
item osd.0 weight 1.000
item osd.1 weight 1.000
…
}
# SSD OSD
host ceph-server1-ssd {
id -2
alg straw
hash 0
item osd.2 weight 1.000
…
} 2) 聚合OSD，创建数据根
root sas {
id -1
alg straw
hash 0
item ceph-server1-sas
…
item ceph-servern-sas
}
root ssd {
id -1
alg straw
hash 0
item ceph-server1-ssd
…
item ceph-servern-ssd
} 3）创建存取规则
rule sas {
ruleset 0
type replicated
…
step take sas
step chooseleaf firstn 0 type host
step emit
}
rule ssd {
ruleset 1
type replicated
…
step take ssd
step chooseleaf firstn 0 type host
step emit
} 4）编译及使用新的CRUSH MAP
# crushtool -c ssd_sas_map.txt -o ssd_sas_map # ceph osd setcrushmap -i ssd_sas_map
5）创建Pool并指定存取规则
# ceph osd pool create ssd 4096 4096 # ceph osd pool set ssd crush_ruleset 1
3. 配置CRUSH数据读写规则，使主备数据中的主数据落在SSD的OSD上
该场景基本思路和第二种类似，SATA/SAS机械盘和SSD混用，但SSD的OSD节点不用来组成独立的存储池，而是配置CURSH读取规则，让所有数据的主备份落在SSD OSD上。Ceph集群内部的数据备份从SSD的主OSD往非SSD的副OSD写数据。
这样，所有的Ceph客户端直接读写的都是SSD OSD 节点，既提高了性能又节约了对OSD容量的要求。
配置重点是CRUSH读写规则的设置，关键点如下：
rule ssd-primary {
ruleset 1
…
step take ssd
step chooseleaf firstn 1 type host #从SSD根节点下取1个OSD存主数据
step emit
step take sas
step chooseleaf firstn -1 type host #从SAS根节点下取其它OSD节点存副本数据
step emit
} 4. 作为Ceph Cache Tiering技术中的Cache层
Cache Tiering的基本思想是冷热数据分离，用相对快速/昂贵的存储设备如SSD盘，组成一个Pool来作为Cache层，后端用相对慢速/廉价的设备来组建冷数据存储池。
Ceph Cache Tiering Agent处理缓存层和存储层的数据的自动迁移，对客户端透明操作透明。Cahe层有两种典型使用模式：
1）Writeback模式
Ceph客户端直接往Cache层写数据，写完立即返回，Agent再及时把数据迁移到冷数据池。当客户端取不在Cache层的冷数据时，Agent负责把冷数据迁移到Cache层。也就是说，Ceph客户端直接在Cache层上进行IO读写操作，不会与相对慢速的冷数据池进行数据交换。
这种模式适用于可变数据的操作，如照片/视频编辑、电商交易数据等等。
2）只读模式
Ceph客户端在写操作时往后端冷数据池直接写，读数据时，Ceph把数据从后端读取到Cache层。
这种模式适用于不可变数据，如微博/微信上的照片/视频、DNA数据、X射线影像等。
CRUSH算法是Ceph集群的核心，在深刻理解CRUSH算法的基础上，利用SSD的高性能，可利用较少的成本增加，满足企业关键应用对存储性能的高要求。