Ceph : une solution de stockage distribuée et open source

Face à l’explosion du volume de données, à la montée en puissance du cloud et à la nécessité de garantir une haute disponibilité de l’information à grande échelle, les entreprises cherchent des solutions de stockage capables de concilier performance, résilience et souplesse.

Ceph s’impose comme une référence dans l’univers du stockage distribué open source. Cette solution permet de mutualiser des disques répartis sur plusieurs machines afin d’offrir un système de stockage unifié, tolérant aux pannes et scalable. Ce système s’adresse aussi bien aux environnements cloud privés qu’aux plateformes de données critiques.

Qu’est-ce que Ceph ? Comment fonctionne cet outil ? Quels sont ses avantages et ses limites ? Suivez le guide avec Freelance-Informatique.

Qu’est-ce que Ceph ?

Une solution de stockage distribuée et open source

Ceph est une solution de stockage distribué open source conçue pour offrir un système hautement disponible, tolérant aux pannes et évolutif. À la différence des systèmes de fichiers traditionnels ou des solutions centralisées de type NAS (Network Attached Storage), Ceph répartit les données de manière intelligente sur un ensemble de machines physiques appelées nœuds. Chaque nœud, ou node, collabore avec ses homologues pour fournir un espace de stockage commun, sans point de défaillance unique.

Développé par Sage Weil dans le cadre de sa thèse doctorale à l’Université de Californie, Ceph est aujourd’hui soutenu par la communauté open source et intégré à de nombreuses distributions Linux. Il repose sur une architecture objet, dans laquelle les fichiers sont découpés, répartis et répliqués en blocs, gérés par un système distribué appelé RADOS (Reliable Autonomic Distributed Object Store).

Les objectifs de Ceph

L’architecture de Ceph a été pensée pour répondre à plusieurs des prérequis fondamentaux du stockage de données :

• La tolérance aux pannes : Ceph réplique automatiquement les données sur plusieurs nœuds. En cas de panne matérielle ou de déconnexion d’un disque, le système se réorganise de manière autonome pour restaurer la redondance. Des copies des données perdues sont créées sur d'autres nœuds sains, afin de retrouver le niveau de sécurité antérieur ;
• La scalabilité horizontale : il est possible d’ajouter de nouveaux nœuds ou disques à la volée, sans perturber l’activité ni devoir reconfigurer l’ensemble du système ;
• L’équilibrage automatique de la charge : Ceph gère lui-même la répartition des objets stockés, afin d’optimiser l’espace et les performances ;
• Le stockage unifié : un même cluster Ceph, c’est-à-dire l’ensemble des machines reliées pour fournir le système de stockage, peut permettre différents types d’accès (bloc, fichier, objet), ce qui mène à une mutualisation de l’infrastructure pour des usages variés ;
• La compatibilité : en tant que projet open source, Ceph évite les verrous propriétaires et s’intègre à de nombreux écosystèmes.

Ceph est donc un outil autonome, autoréparateur et indépendant, capable de s’adapter aux infrastructures les plus exigeantes tout en faisant preuve d’une certaine souplesse.

Les cas d’usage typiques

Ceph est utilisé dans de nombreux environnements industriels, académiques et cloud, grâce à sa grande polyvalence et à sa fiabilité éprouvée. Il intervient ainsi au sein d’infrastructures cloud privées, mais aussi pour l’archivage et la sauvegarde d’informations en entreprise grâce à sa capacité à stocker d’importants volumes de données.

Ceph peut aussi être destiné à l’hébergement de fichiers, pour les services web ou en complément d’outils comme Amazon S3. Le domaine scientifique ou les experts Big Data ont également recours à cette architecture : dans les clusters de recherche ou les supercalculateurs, Ceph permet de mutualiser le stockage à grande échelle tout en conservant des performances intéressantes.

Ceph est aussi pertinent dans les environnements Kubernetes, où les applications sont déployées sous forme de pods. Par défaut, ces pods n’ont pas de stockage persistant : lorsqu’un pod est supprimé ou redémarré, ses données sont perdues. Grâce à des projets comme Rook, un opérateur Kubernetes open source, Ceph peut être déployé et géré directement dans un cluster Kubernetes. Il fournit alors un stockage persistant à la demande pour les pods.

Ceph s’adresse ainsi à tout projet nécessitant un stockage massif, résilient et extensible, notamment dans des environnements distribués ou virtualisés.

Comment fonctionne Ceph ?

Le principe de stockage objet

Ceph repose sur un modèle de stockage objet, différent du stockage en blocs, de type disque dur, ou du stockage de fichiers, de type NAS. Avec Ceph, les données sont découpées en objets, chacun renfermant non seulement le contenu, mais aussi des métadonnées et un identifiant unique.

Cette approche offre plusieurs avantages :

• Une meilleure scalabilité : les objets sont répartis automatiquement entre les nœuds du cluster, sans dépendance à une arborescence hiérarchique rigide ;
• La résilience : chaque objet est répliqué pour assurer la tolérance aux pannes ;
• La performance : l’accès direct aux objets élimine le besoin d’un point de coordination central.

Ces différents atouts en font un modèle parfaitement adapté aux environnements basés sur le Big Data, le cloud, le machine learning ou nécessitant une sauvegarde massive.

Les composants clés

Un cluster Ceph est composé de différents types de nœuds qui remplissent chacun un rôle précis dans l’architecture :

• OSD (Object Storage Daemon) : il s’agit des processus qui stockent physiquement les objets sur les disques. Chaque OSD gère un disque dur ou un SSD (Solid-State Drive). Les OSD sont responsables de la réplication, de la récupération et du rebalancement des données ;
• MON (Monitor) : les moniteurs gèrent l’état global du cluster. Ils assurent la cohérence et la coordination entre les nœuds. Il est recommandé d’en avoir au moins trois pour garantir une haute disponibilité ;
• MDS (Metadata Server) : utilisé uniquement pour le système de fichiers CephFS, ce composant gère les métadonnées, comme les noms de fichiers, les répertoires ou les droits, en les séparant des données elles-mêmes afin d’optimiser les performances ;
• Manager (ceph-mgr) : il apporte des capacités de supervision, d’administration et d’extension.

Cette architecture modulaire et distribuée assure à Ceph une grande flexibilité et une forte tolérance aux pannes.

RADOS : le cœur du système Ceph

RADOS est au cœur du fonctionnement de Ceph. Il s’agit du moteur qui orchestre le stockage objet distribué.

Il possède plusieurs caractéristiques clés qui font la force de Ceph :

• L’autonomie : il répartit automatiquement les objets entre les OSD, sans intervention humaine ;
• La tolérance aux pannes : il détecte les défaillances et réorganise les données pour restaurer la redondance ;
• La scalabilité : il est capable de gérer des milliers de nœuds et des pétaoctets de données ;
• La fiabilité : chaque opération effectuée en lecture ou en écriture est journalisée avec un mécanisme de confirmation, assurant une grande intégrité des données.

Ce moteur intègre également CRUSH (Controlled Replication Under Scalable Hashing), un algorithme de placement qui détermine dynamiquement l’emplacement des données, sans table centralisée.

Les interfaces proposées

L’un des grands atouts de Ceph est sa capacité à réaliser plusieurs types de stockage sur des interfaces différentes, au sein d’une même infrastructure.

Plusieurs interfaces permettent ainsi de répondre à divers besoins applicatifs, comme la virtualisation, le cloud, la sauvegarde ou les services web, sur une seule et même plateforme mutualisée. Parmi ces interfaces, on compte :

• RBD, qui permet de créer des volumes en mode bloc, utilisables comme des disques virtuels pour des conteneurs ou des machines virtuelles ;
• CephFS, un système de fichiers distribué adapté aux clusters HPC (High Performance Computing ou calcul hautes performances) ou aux systèmes qui nécessitent un accès classique aux fichiers ;
• RGW, une passerelle compatible avec les API (Application Programming Interfaces) S3 et Swift, pour un stockage objet accessible comme un cloud privé.

Quels sont les avantages de Ceph ?

Un système sans point de défaillance unique

L’un des principes fondateurs de Ceph est l’absence de point de défaillance unique. Dans une architecture traditionnelle, les serveurs centralisés peuvent devenir des goulots d’étranglement ou des risques critiques en cas de panne. À l’inverse, Ceph distribue les données et les services de gestion sur l’ensemble du cluster, de manière décentralisée.

Chaque composant peut être dupliqué et les services critiques sont redondants. Ainsi, si un nœud ou un disque tombe en panne, le système continue de fonctionner sans interruption. Cette architecture hautement disponible est idéale pour les environnements qui nécessitent une continuité de service.

Une excellente scalabilité horizontale

Ceph a été pensé dès le départ pour offrir une scalabilité horizontale quasi illimitée. Cela signifie qu’il est possible d’augmenter la capacité de stockage ou les performances en ajoutant de nouveaux nœuds ou disques au cluster, sans refonte de l’architecture ni arrêt du service.

Ce mode de croissance modulaire permet de faire évoluer l’infrastructure de manière progressive, à mesure que les besoins de l’entreprise s’accentuent. Il est ainsi particulièrement adapté aux projets Big Data ou à l’archivage à long terme.

Une résilience automatique en cas de panne

Ceph assure une réplication automatique des données sur plusieurs nœuds. Lorsqu’un disque ou un serveur devient indisponible, le cluster identifie la perte et reconstruit les données manquantes à partir des copies existantes, sans intervention manuelle.

Ce mécanisme est conçu pour restaurer la redondance des données le plus rapidement possible, garantissant ainsi l’intégrité et la disponibilité des fichiers même en cas de défaillance matérielle.

Un stockage unifié

Ceph propose une approche unifiée du stockage, capable de gérer des données en mode bloc, en mode fichier et en mode objet au sein du même cluster. Cela permet aux entreprises de mutualiser leurs infrastructures de stockage, plutôt que de multiplier les solutions spécialisées selon les usages.

Cette flexibilité facilite la gestion de l’information et réduit les coûts, tout en simplifiant les processus métiers.

Un projet soutenu par la communauté open source

Ceph est un projet open source mature, initialement développé par l’université de Californie à Santa Cruz, puis soutenu activement par Red Hat, acquis par IBM en 2018, ainsi que par une large communauté de contributeurs. Ce support garantit une évolution continue du logiciel, des mises à jour régulières et une documentation riche.

L’adhésion au modèle open source permet également à Ceph de rester interopérable, transparent et personnalisable. Pour les entreprises souhaitant un contrôle total sur leur infrastructure ou cherchant à éviter les coûts de licence, Ceph représente une option robuste, évolutive et économiquement avantageuse, qui permet une configuration sur mesure.

Les limites de Ceph

Une complexité de mise en œuvre

Ceph est une solution puissante, mais son installation est complexe. Contrairement aux systèmes de stockage classiques, Ceph requiert une compréhension fine de son architecture distribuée, de ses composants et de ses mécanismes internes.

Le déploiement d’un cluster Ceph implique également laconfiguration manuelle de nombreux paramètres, l’installation des services sur différents nœuds et leur synchronisation. Même si certains outils simplifient cette phase de paramétrage, le niveau d’expertise requis reste élevé, en particulier pour les environnements de production.

Des besoins importants en ressources matérielles

Ceph repose sur une architecture distribuée qui nécessite une infrastructure matérielle conséquente pour fonctionner de manière optimale. Il n’est pas recommandé de déployer Ceph sur de petites configurations ou dans des environnements contraints, car :

• Il faut plusieurs nœuds pour assurer la redondance et la haute disponibilité ;
• Chaque nœud doit disposer d’une capacité disque suffisante, d’une RAM (Random Access Memory) conséquente et d’un réseau rapide ;
• Certaines fonctionnalités, comme le stockage objet, peuvent être lourdes en I/O (Input/Output ou entrée/sortie), nécessitant des disques rapides pour offrir de bonnes performances.

Ces prérequis peuvent représenter un investissement important, notamment pour les PME (Petites et Moyennes Entreprises) et les start-ups.

Une courbe d’apprentissage assez élevée

Bien que Ceph soit documenté et soutenu par une communauté active, il n’en reste pas moins complexe à maîtriser. La diversité de ses concepts demande une montée en compétence progressive.

Les administrateurs systèmes doivent acquérir une expertise spécifique, différente de celle exigée par le stockage traditionnel. Ceph impose aussi de maîtriser l’écosystème Linux, les scripts d’automatisation, les outils en ligne de commande (CLI ou Command Line Interface), voire même certaines notions de développement.

Une supervision qui demande des outils adaptés

Superviser un cluster Ceph ne se résume pas à surveiller la capacité disque : il faut suivre des dizaines d’indicateurs pour anticiper les pannes et maintenir une bonne qualité de service. Bien que Ceph fournisse une interface web d’administration, l’exploitation en production nécessite souvent une intégration avec des outils tiers, ainsi que la mise en place d’alarmes, de règles et de procédures.

Une bonne supervision demande donc des compétences en observabilité et en gestion d’incidents, ainsi qu’une architecture de surveillance fiable, sous peine de ne pas percevoir les signaux critiques.

Tableau récapitulatif : Ceph

FAQ sur Ceph

Quelle est la différence entre Ceph et un NAS ?

Un NAS est un serveur de fichiers centralisé. À l’inverse, Ceph est un système de stockage distribué : il répartit les données sur plusieurs nœuds pour garantir redondance, performance et scalabilité. Alors qu’un NAS présente un point de défaillance unique, Ceph est conçu pour tolérer les pannes et s’autoréparer.

Quelles compétences faut-il pour utiliser Ceph ?

Utiliser Ceph requiert de solides compétences en administration système Linux, en réseau et en stockage. Il est également nécessaire de comprendre les principes du fonctionnement distribué et la gestion des clusters. Une bonne maîtrise des outils de ligne de commande est également indispensable, ainsi que des bases en programmation. Si sa courbe d’apprentissage reste exigeante, Ceph est une technologie valorisante pour les profils techniques expérimentés.

Est-il utile de maîtriser Ceph en tant que freelance ?

Oui, maîtriser Ceph peut vous permettre de travailler pour des clients dans des secteurs comme la santé, la recherche ou l’industrie. En tant qu’indépendant, disposer de cette compétence permet de vous différencier pour trouver une mission freelance, notamment pour les projets OpenStack, les clusters Kubernetes ou les plateformes cloud hybrides. C’est une expertise de niche bien rémunérée, qui constitue un réel avantage sur le marché et offre la possibilité de se démarquer sur une plateforme freelance.