【北亚数据恢复】什么是Ceph？Ceph数据恢复研究

Ceph存储基本架构：

Ceph存储根据其类型，可分为块存储，对象存储和文件存储。Ceph基于对象存储，对外提供三种存储接口，故称为统一存储。

Ceph的底层是RADOS(分布式对象存储系统)，RADOS系统主要由两部分组成，分别是OSD和MON。

MON负责监控整个集群，维护集群的健康状态，维护展示集群状态的各种图表，如OSDMap、MonitorMap、PGMap和CRUSHMap。

OSD则用于存储数据、复制数据、平衡数据、恢复数据，以及与其它OSD间进行心跳检查等。一般情况下一块硬盘对应一个OSD。

Ceph数据的存储过程：

无论使用哪种存储方式（对象、块、文件系统），存储的数据都会被切分成对象（Objects)。

存储池：

很多不同用户因不同目的把对象存储在不同的存储池里，而它们都坐落于无数的OSD之上。

对象保存在不同的存储池(Pool)中，它是对象存储的逻辑组，对应不同的用户。存储池管理着归置组数量、副本数量、和存储池规则集。

归置组：

归置组（PGPlacementGroup）是对象池的片段，Ceph根据对象的Oid和一些其他信息做计算操作，映射到归置组，无数的对象被划分到不同的归置组。PG是一个逻辑概念，它在数据寻址时类似于数据库中的索引。

每个对象都会固定映射进一个PG中，所以当我们要寻找一个对象时，只需要先找到对象所属的PG，然后遍历这个PG就可以了，无需遍历所有对象。而且在数据迁移时，也是以PG作为基本单位进行迁移。

OSD：

最后PG会根据管理员设置的副本数量进行复制，然后通过crush算法存储到不同的OSD节点上，最终把PG中的所有对象存储到OSD节点上。

BlueStore：

新版本中，Ceph默认以Bluestore存储引擎作为RADOS中OSD的ObjectStore存储底层实现

BlueStore整体架构。

空间分配：

BlueStore将整个存储空间分为3个部分：WAL，DB，SLOW

慢速(Slow)空间：

主要用于存储对象数据，由BlueStore管理。

高速(DB)空间：

存储blufs和rocksdb产生的数据，由BlueFS直接管理，如果不存在或者DB设备空间不足，则选择Slow类型设备空间。

超高速(WAL)空间：

主要存储RocksDB的WAL（即.log）文件，由BlueFS直接管理,如果不存在或者WAL设备空间不足，则逐级降级选择DB、SLOW分区。

Rocksdb：

BlueStore使用Rocksdb作为自己元数据存储的底层实现，将各种元数据以kv型记录的方式存在数据库中。

写入机制任何元数据的写入都会先写到WAL，然后在写入MemoryTable(Memtable)。

当一个Memtable写满了之后，就会变成immutable的Memtable，RocksDB在后台会通过一个flush线程将这个Memtableflush到磁盘，生成一个SortedStringTable(SST)文件。

BlueFS：

BlueFS与通用文件系统不同，是Bluestore专为Rocksdb所设计的精简文件系统。

BlueFS的文件和目录的元数据以日志事务的形式保存在日志文件中，在上电过程中，replay日志文件中的事务，就可以加载所有的元数据到内存中。

Ceph数据恢复流程：

1. 制作镜像：

制作磁盘镜像，用于数据提取和备份。

2. BlueFS中数据库文件的提取：

从磁盘镜像的分区获取超级块，得到日志的节点信息。

回放整个日志中的事务，得到目录结构和数据库文件节点信息，根据数据库文件节点信息提取数据库文件。

提取每个OSD提取出来的数据库中的object记录。

3. 文件记录提取：

对于损坏的数据库，根据文件格式提取数据库完好文件中的object记录。

4. 提取object数据块：

解析object记录，从各镜像上提取对应的object数据。

5. 组合卷数据：

根据object的id按序组合卷文件的所有object数据块，还原整个卷数据。

6. 修复卷的文件系统和其中文件：

对于损坏缺失程度不高的卷文件系统，尝试修复损坏的卷，得到卷中的文件。

对于有固定格式的文件，尝试修复损坏文件。

在北亚数据恢复工程师团队的努力下，攻克了Ceph数据恢复这个专题。对于北亚数据恢复工程师团队来说，Ceph数据恢复已经不是什么问题了。