Ceph: Die Referenz-Architektur für skalierbaren Cloud-Native Storage

TL;DR

Speicher ist traditionell das schwerste „Anker-Element" in der Cloud-Architektur. Wer AWS EBS oder S3 nutzt, bindet seine Daten physisch und ökonomisch an einen Anbieter. Ceph durchbricht dieses Modell als „Unified Storage Solution" (Block, File, Object). Es läuft auf Standard-Hardware und skaliert linear in den Exabyte-Bereich. Durch die vollständige S3-Kompatibilität und Kubernetes-Integration ermöglicht Ceph echte Datenportabilität ohne Abhängigkeit von proprietären Cloud-Speichersystemen.

1. Das Architektur-Prinzip: Unified Distributed Storage

Klassische Storage-Systeme (SAN/NAS) oder Cloud-Dienste (EBS) sind oft auf einen Datentyp spezialisiert. Ceph hingegen ist ein „Software Defined Storage" (SDS), das drei Welten in einem Cluster vereint:

1. Block Storage (RBD): Performanter Speicher für Datenbanken und Volumes (vergleichbar mit AWS EBS).
2. Object Storage (RGW): S3-kompatibler Speicher für unstrukturierte Daten, Backups und Medien (vergleichbar mit AWS S3).
3. File System (CephFS): Geteilter Dateisystem-Zugriff für viele Pods gleichzeitig (vergleichbar mit AWS EFS).

Das Herzstück ist der CRUSH-Algorithmus. Anstatt zentrale Tabellen zu nutzen, um zu wissen, wo Daten liegen (was Flaschenhälse erzeugt), berechnen Clients und Server den Speicherort algorithmisch. Dies eliminiert den Single Point of Failure und ermöglicht unbegrenzte Skalierung.

2. Kern-Feature: Self-Healing und Hardware-Unabhängigkeit

Proprietäre Cloud-Speicher sind oft Blackboxes. Wenn ein AWS EBS Volume in einer Availability Zone (AZ) ausfällt oder degradiert, ist der Nutzer machtlos.

Ceph hingegen ist auf Ausfall als Normalzustand ausgelegt. Daten werden standardmäßig repliziert (meist 3-fach) und über verschiedene Failure Domains (Disks, Server, Racks) verteilt.

• Self-Healing: Fällt eine Festplatte oder ein ganzer Node aus, erkennt Ceph dies sofort. Der Cluster beginnt automatisch, die fehlenden Daten-Replikas aus den verbleibenden Kopien auf anderen Nodes wiederherzustellen.
• Commodity Hardware: Ceph benötigt keine teuren Spezial-Arrays. Es verwandelt Standard-Server mit lokalen NVMe/SSD-Disks in einen Enterprise-Storage-Cluster.

3. S3-Kompatibilität als Standard

Ein strategischer Vorteil von Ceph ist das RADOS Gateway (RGW). Es stellt eine API bereit, die kompatibel zu Amazon S3 ist. Das bedeutet: Applikationen, die für die Cloud geschrieben wurden (und S3 erwarten), können ohne Code-Änderung gegen einen lokalen Ceph-Cluster laufen. Man ändert lediglich den Endpunkt in der Config – die Datenhoheit kehrt zurück zum Unternehmen.

4. Betriebsmodelle im Vergleich: AWS Storage (EBS/S3) vs. ayedo Managed Ceph

Hier entscheidet sich die Frage der Data Gravity: Daten haben Masse. Je mehr Daten Sie bei einem Hyperscaler speichern, desto schwieriger (und teurer) wird es, diese jemals wieder zu bewegen.

Szenario A: AWS EBS & S3 (Die Egress-Falle)

Wer auf native AWS-Speicherdienste setzt, genießt Komfort, zahlt aber mit strategischer Unfreiheit.

• Der Egress-Lock-in: Das Speichern von Daten in S3 ist günstig, das Herausholen (Download) jedoch extrem teuer (Egress Fees). Dies macht Migrationen ab einer gewissen Datenmenge wirtschaftlich unmöglich.
• AZ-Bindung (EBS): Ein EBS-Volume ist fest an eine Availability Zone gebunden. Fällt die Zone aus, sind die Daten nicht ohne Weiteres in einer anderen Zone verfügbar.
• Das Resultat: Ihre Daten liegen im „Goldenen Käfig". Die Anwendung ist vielleicht portabel (Container), aber der State (Datenbanken, Files) klebt fest an AWS. Ein Providerwechsel gleicht einer Daten-Evakuierung gegen Lösegeld (Egress Fees).

Szenario B: Ceph mit Managed Kubernetes von ayedo

Im ayedo App-Katalog wird Ceph als portable Speicher-Schicht bereitgestellt.

• Volle Datenhoheit: Die Daten liegen auf den Disks der Worker-Nodes. Sie haben physischen Zugriff auf den State, egal wo der Cluster läuft.
• Keine Egress-Kosten intern: Da Traffic zwischen Nodes oft günstiger oder inklusive ist, entfallen die hohen S3-API-Kosten für internen Traffic.
• Cross-AZ Replikation: Ceph kann so konfiguriert werden, dass Daten synchron über Zonen hinweg repliziert werden. Fällt eine Zone aus, läuft der Zugriff nahtlos weiter (Zero RPO).
• Echte Portabilität: Da der Storage als Software definiert ist, kann der exakt gleiche Stack On-Premise, bei Hetzner oder auf AWS laufen.

Technischer Vergleich der Betriebsmodelle

FAQ: Ceph & Storage Strategy

Ist Ceph nicht zu komplex für den Betrieb?

Ceph gilt traditionell als komplex in der Verwaltung („Day 2 Operations"). Genau hier setzt der Mehrwert einer Managed Platform an. In einer Umgebung wie dem ayedo Stack wird Ceph vorkonfiguriert und automatisiert bereitgestellt. Der Nutzer konsumiert Speicher einfach über Kubernetes PersistentVolumeClaims (PVCs), ohne sich um die darunterliegende Komplexität der OSDs und Monitore kümmern zu müssen.

Kann Ceph AWS S3 wirklich ersetzen?

Ja. Das Ceph Object Gateway bietet eine hochkompatible S3-API. Für die allermeisten Anwendungsfälle (Upload von User-Content, Backups, Log-Speicherung, Terraform State) verhält sich Ceph exakt wie AWS S3 – jedoch ohne die Transferkosten und mit voller Datenkontrolle.

Wann lohnt sich Ceph gegenüber Managed Block Storage?

Sobald Sie Skalierung oder Unabhängigkeit benötigen. Managed Block Storage (wie EBS) wird bei großen Datenmengen sehr teuer und ist technisch unflexibel (kein Multi-Attach bei Standard-Volumes, AZ-Lock). Ceph erlaubt es, günstigen „Raw Storage" zu nutzen und softwareseitig Enterprise-Features (Replikation, Snapshots) abzubilden. Zudem ist es die Basis für echte Hybrid-Cloud-Szenarien.

Wie verhält sich die Performance?

Ceph ist ein verteiltes Netzwerk-Storage. Das bedeutet, es gibt minimale Latenzen durch das Netzwerk. Für extreme High-Performance-Datenbanken (High-Frequency-Trading) ist lokaler Speicher oft besser. Für 95% aller Cloud-Native-Workloads ist Ceph auf moderner NVMe-Hardware jedoch mehr als performant genug und bietet im Gegenzug Hochverfügbarkeit, die lokaler Speicher nicht hat.

Fazit

Daten sind das Gravitationszentrum jeder Infrastruktur. Wer seine Daten ausschließlich in proprietären AWS-Silos wie EBS und S3 speichert, macht seine Architektur immobil. Ceph bricht diese Fesseln auf. Es liefert eine Enterprise-Storage-Plattform, die vollständig auf Open-Source-Standards basiert. Mit dem ayedo Managed Stack erhalten Unternehmen die Robustheit eines Hyperscaler-Storages, behalten aber die volle Kontrolle über Kosten, Performance und vor allem: den physischen Ort ihrer Daten.