OpenStack Swift 存储策略

OpenStack Swift 对象存储及其存储策略简介

Swift 2.0 于 2014 年 7 月 8 日发布，其中最重要的新特性是存储策略（Storage Policy），该特性改变了以往存储系统中存储策略由设计与实施方决定的做法，让用户能够以 Container 为粒度，为不同需求的数据指定不同的副本数量、不同参数的纠删码、不同性能的存储介质、不同地理位置、不同的后端存储设备。存储策略充分体现了 Swift"软件定义存储"（Software Defined Storage）的特点。

为了实现存储策略，Swift 在原先三个环（Ring）的架构基础上进行了改进。Swift 为账户、容器和对象分别定义了的环，通过环将虚拟节点（分区）映射到一组物理存储设备上。在 Swift 2.0 中，每个存储策略对应一个 Object Ring。

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Swift 存储策略的配置与使用

配置存储策略

设置存储策略分为两步：编辑配置文件 swift.conf 文件，创建相应的 Object Ring。在配置文件中每个存储策略以[storage-policy:N]开头，其中 N 是策略的编号。对于该文件的解析遵循以下规则：

如果该文件中没有声明任何策略，Swift 会自己创建一个；

策略编号应当位非负整数；

如果没有声明默认策略，Swift 会把编号为 0 的策略设为默认策略；

策略编号必须唯一；

策略应当具有名字，策略命名区分大小且必须唯一；

策略名称只能包含字母、数字和连字符，"Policy-0"只能用于编号为 0 的策略；

定义策略之后，应当有一个且仅有一个策略被指定为默认策略；

"废弃"（Deprecated）策略不能同时为默认策略。

下面是一个 swift.conf 文件的示例：

[swift-hash]
# random unique strings that can never change (DO NOT LOSE)
swift_hash_path_prefix = changeme
swift_hash_path_suffix = changeme

[storage-policy:0]
name = apple
default = yes

[storage-policy:1]
name = orange
deprecated = yes

完成 swift.conf 文件的编辑，下一步是为每个存储策略创建相应的 Object Ring，方法和创建老版本 Object Ring 类似，只是要在 object 后面加上"-N"，这里的 N 是存储策略的编号。例如，为上述编号为 0 和 1 的存储策略创建 Object Ring：

swift-ring-builder object-0.builder create 10 3 1
swift-ring-builder object-1.builder create 10 2 1

使用存储策略

存储策略的使用非常简单，只需要在创建 container 是指定存储策略即可，下面以 SAIO 部署为例加以说明：

curl -v -X PUT -H 'X-Auth-Token: <your auth token>' -H \
"X-Storage-Policy: orange" \ http://127.0.0.1:8080/v1/AUTH_test/myCont1 curl -X PUT -v -T file1.txt -H 'X-Auth-Token: <your auth token>' \ http://127.0.0.1:8080/v1/AUTH_test/myCont1/[/code] 
然后执行：

curl -X GET –v \ http://127.0.0.1:8080/endpoints/AUTH_test/myCont1/file1.txt[/code] 
例如，会看到如下结果：

["http://127.0.0.1:6010/sdb1/32/AUTH_test/myCont1/file1.txt",
"http://127.0.0.1:6040/sdb4/32/AUTH_test/myCont1/file1.txt"]


说明 Storage Policy 已经成功发挥作用。

存储策略的应用模式
上述提到副本数量的改变，只是存储策略的应用模式的一种，在实际应用中，可以有以下几种模式：

缩减或增加冗余

对于一些数据，它们不需要保证很高的数据持久性和可靠性，比较典型的是图像的缩略图，它们可以由原图降采样得到，在这种情况下，可以对原图采用三副本方案，对缩略图采用双副本方案，降低存储系统的开销。

图 1.为不同的 Container 指定不同的副本数量



性能分层

例如，对于一些数据用 HDD 保存，另一些用 SSD 保存。也可以应用于其他存储介质，甚至是不同的存储设备。

图 2.为不同的 Container 指定不同的存储介质



地理位置约束

在某些场景下，因为公司或者国家的政策的约束，某些数据必须存储在指定的地理位置，例如混合云场景。有些场景下，用户希望指定数据存放在距离访问客户端比较近的地方。

图 3.为不同的 Container 指定不同的存储位置



应用纠删码（Erasure Codes）

对于性能要求不高的场合，应用纠删码。纠删码，又称为删除码，将对象分割为 m 个分片（fragments），并通过编码生成 k 个校验分片，最后将这 n=m+k 个分片放到
Swift 对象存储系统的不同位置（通常是 swift 的不同 zone 中）。对于将 m 个分片编码为 n 个分片的纠删码，记为EC(m, n)。纠删码的示意图如下：

图 4.纠删码示意图



纠删码在提高存储空间利用率的同时，保持或增加数据的持久性（durability）和可靠性。但是由于编码、解码和恢复数据往往需要较大的计算量，可能导致性能的降低，所以比较适用于对持久性和可靠性要求比较高，但是访问量并不大的数据存储。

图 5 .应用纠删码保护数据



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在某视频网站中的应用案例
在某视频网站中，采用 Swift 存储视频文件，并对其部分文件根据视频类型的不同应用不同的存储策略。

视频数据分为三类：1）源片；2）超清视频文件；3）其他不同清晰度的视频文件。源片体积较大，对持久性要求高，但是对访问速度要求较低，并发访问数量和访问频率较低；清晰度较低的视频由超清视频转码得到，针对上述需求，设计存储策略如下：

源片采用纠删码策略，编码参数为EC(7, 4)，即把一个视频文件分割为 4 块，并生成 3 块校验块，存储效率约为 57%；

超清视频三副本策略，存储效率约为 33%；

清晰度较低的视频采用双副本策略，存储效率为 50%。

假设设备损坏的概率为 2%，以上三种存储策略的数据持久性分别为：99.9995%，99.9992%和 99.96%。

表 1.存储策略的应用
数据类型
存储策略
存储效率
数据持久性
源片
纠删码EC(7, 4)
57%
99.9995%
超清视频文件
三副本
33%
99.9992%
其他分辨率视频文件
双副本
50%
99.96%
Swift 集群的总结点数量为 54 个节点，总容量约为 2.3PB，集群的部署架构如下图所示，其中 Proxy Server 的数量可以根据需要增加或者减少。采用传统三副本方案，能够保存的视频总长度约为（同一段视频不同分辨率不进行重复统计）3.97×106 分钟。

采用上述存储策略后，保存的视频总长度为 5.89×106 分钟，存储效率提高了 48%。

图 6. 基于 Swift 的视频存储系统的部署架构



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结束语
在大数据时代，随着文件数量和数据体量的增加，文件系统和 NAS 的瓶颈越来越明显，基于 RESTful Web API 的对象存储逐渐受到人们的广泛接受。作为最具代表性，应用最广泛的开源对象存储方案，OpenStack Swift 自诞生以来一直保持着技术上领先的地位，在 Swift 2.0 中推出的存储策略功能，能够让管理员根据自己系统的特点制定不同的存储策略；用户或租户根据自己数据的特点和业务需要，以 Container 为粒度选择存储策略，从而实现成本、数据可靠性、性能等维度上的综合权衡和优化，体现了软件定义存储的特点。本文只是对存储策略做了一个简要的介绍，让读者体会存储策略的用途，进一步深入探索可以查看参考资料了解有关
OpenStack Swift 的更多相关信息。


参考资料

学习
SwiftStack Blogs: https://www.swiftstack.com/blog/

Intel IDF13: OpenStack* Swift Erasure Code: A Smart Cloud Storage Solutionhttp://intelstudios.edgesuite.net/idf/2013/sf/aep/CLDS007/CLDS007.html?wapkw=swift

OpenStack Swift 官方文档 http://docs.openstack.org/developer/swift/index.html

基于纠删码保护分布式对象存储的数据http://www.iwccsp.org/CloudConnect20140918Microwise.pdf

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