Curve 分布式存储设计 程义 — Curve Maintainer XAgenda 第二 第三 第四 第一 Curve的由来 Curve的设计目标 Curve块存储 和 Curve文件存储 Curve社区Curve的由来 1. 代码复杂/代码量大 2. 运维难度高 3. 无法满足高的性能需求Curve的设计目标 1. Curve云原生软件定义存储 2. Curve块存储 高性能，易运维，云原生Curve块存储 1. 高性能分布式共享数据库场景 2. Curve块存储提供底层分布式共享存储 3. Polardb for PostgreSQL提供上层高性能数 据库服务 4. 性能测试 1. benchmarkSQL 每分钟事务数提升39% 2. pgbench 延迟降低21% TPS提升26% 研究现状Curve块存储 1. 分布式块存储服务 2. KVM块存储服务 快速跨云弹性发布的业务 3. 低成本大容量需求的业务 4. 中间件冷热数据自动分离 5. S3和POSIX统一访问需求 主要挑战和支持场景Curve Roadmap 1. 架构 1. 文件存储支持分布式缓存、完善冷热数据分层存储能力 2. 完善混合云、公有云上部署架构 3. 完善高性能3副本存储引擎，支持混合盘 4. 文件存储支持数据存储到HDFS、rados等引擎 2. 性能 1. 完善RDMA/SPDK方案，发布稳定版本

新一代云原生分布式存储—Curve 上 李小翠 网易数帆存储团队分布式存储介绍 01 存储的发展 | 分布式存储的分类 | 分布式存储的要素 02 03 04 Ceph 架构简介 | 场景介绍 | 使用中的问题 Curve 架构简介 | 数据对比 | 应用情况 FAQ 答疑存储的发展 互联网时代，数据大爆炸 大型主机 成本高 单点问题 扩容困难 各存储设备通过网络互联 各存储设备通过网络互联 大规模 弹性扩容 底层构建在分布式存储之上 云的概念 成本：共用基础设施 弹性：随意扩缩容 速度：更快的构建发布业务 底层构建在分布式存储之上 云原生的概念： 易用性：跨平台，超融合，弹性 小型主机 容量有限分布式存储的分类 按照各种应用场景所需的存储接口分类 对象 存储 文件 存储 块存储 接口为简单的 Get、PUT、DEL 和其他扩展 对指定地址空间进行随机读写 传统意义的块存储：磁盘分布式存储的要素 如何构建分布式文件系统？ 以分布式块存储为例。 •提供大容量的块设备 •可以在指定地址空间内随机读写 write(offset, len) •服务质量要求：数据不能丢、服务随时可用、弹性扩缩容 要什么 •成百上千台存储节点 •磁盘故障、机器故障、网络故障概率性发生 有什么 分布式存储系统需要满足接口需求，并且有持续监控、错误检测、容错与自动恢复的能力

抽象成一个 KVStore，对外提供 SET/GET/DEL 等接口，inode/dentry 均编码后以 key-value 的形式存入 KVStore 当前实现可先只实现 KVStore（提供方便 API），Raft 等可以后续接入（目前实现中持久化可以在 KVStore 退出时触发持久化，或定时持久化）© XXX Page 8 of 12 class KVStore : public braft::StateMachine *****************************/ // : serverCron() // flushAppendOnlyFile() // ``` (1) 命令追加: 将写命令追加到 AOF 缓冲区 server.aof_buf (详见: aof.c/feedAppendOnlyFile) (2) 文件写入: 将 AOF 缓冲区的内容以 append 方式写入文件 中哈希表实现的优点？ 主要是当哈希表需要扩桶的时候，rehash 过程中 redis 采用了均摊/渐进式的思想，把 rehash 中的性能损耗均摊在每一次 SET/DEL 操作中（如 rehash 总耗时 1 秒，均摊给 100 个请求，那么每个请求只增加延时 10 毫秒），rehash 过程如下： 哈希表渐进式 rehash 的详细步骤： (1) 为 ht[1] 分配空间, 让字典同时持有 ht[0]

01 02 raft和braft 03 raft在Curve中的应用 05 Q&A 04 Curve对raft的优化项目背景 Curve是一个 高性能、更稳定、易运维 的 云原生 分布式存储系统，支持 块存储 和 文件存储 2018~2021 Curve块存储 2021~2022 Curve文件存储 • 基于Openstack构建云计算平台 • 底层存储使用Ceph块存储 • 02 raft和braft 03 raft在Curve中的应用 05 Q&A 04 Curve对raft的优化RAFT协议简介 什么是raft • raft 是一种新型易于理解的分布式一致性复制协议，由斯坦福大学的Diego Ongaro和John Ousterhout提出，《In Search of an Understandable Consensus Algorithm(Extended Algorithm(Extended Version)》 • raft 是一种Leader-Based的Multi-Paxos变种，提供了更完整更清晰的协议描述，更容易理解和实现。 • raft可以解决分布式理论中的CP，即一致性和分区容忍性 • 大多数副本成功即可返回成功 • 速度取决于写的较快的大多数RAFT协议简介 • Leader：负责从客户端接受日志，把日志复制到其 他服务器，当保证安全性的时候告诉其他服务器应用

Curve核心组件之 MDS 陈威Curve 是高性能、高可用、高可靠的分布式存储系统 • 高性能、低延迟 • 可支撑储场景：块存储、对象存储、云原生数据库、EC等 • 当前实现了高性能块存储，对接OpenStack和 K8s 网易内部线上无故障稳定运行一年多 • 已开源 • github主页： https://opencurve.github.io/ • github代码仓库： https://github opySet的粒度进行探活、配置变更，降低 开销。 3. 提高数据可靠性：在数据复制组过度打散的情况下，在发生多个节点同时故障的情况下，数据的可靠性会受 到影响。引入CopySet，可提高分布式存储系统中的数据持久性，降低数据丢失的概率。COPYSET ChunkServer，Copyset和Chunk三者之间的关系如下图： Mds在分配空间时，轮流在不同的copyset中分配，每次从copyset中分配1个chunk， 通过chunkserver定期上报copyset的copyset的epoch， 检测chunkserver的copyset与mds差异，同 步两者的copyset信息 • 支持配置变更功能，在心跳回复报文中下发mds发起的配置变更命令，并在后续心跳中获取配置 变更进度。HEARTBEAT MDS端：mds 端的心跳主要由三个部分组成： • TopoUpdater: 根据 chunkserver 上报的 copyset 信息更新拓扑

查之外，内核还会进行检查，并且两者都必须成功才能允许操作 。 。 。 内核执行标准的 UNIX 权限检查 如果文件系统在打开设备 fd 时的初始功能协商期间启用了 ACL 支持，则此挂载选项将被隐式激活。 在这种情况下，内核执行 ACL 和标准的 unix 权限检查 疑问：协商期间do_init()中的启用ACL的flags如何设置？ 初始化时的 通过 ： 功能协商 init()函数实现© XXX permitted 文件默认权限umask 为什么默认创建的目录权限为755，文件为644？ 在linux系统中， ，这些新的文件或目录都会有默认的访问权限 创建一个新的文件或者目录时 umask命令与文件和目录的默认访问权限有关，umask值则表明了需要从默认权限中去掉哪些权限来成 为最终的默认权限值。 root@pubbeta2-curve5:~# umask 0022 权限为777，文件 ACL是Linux系统权限额外支持的一项功能，需要文件系统的支持，例如：ReiserFS , EXT2 , EXT3 , EXT4 , JFS , XFS等都支持ACL功能。使用‘dumpe2fs’命令查看你的ACL功能是否启用： # acl root@pubbeta2-curve5:/home/nbs# dumpe2fs -h /dev/sdk dumpe2fs 1.43.4 (31-Jan-2017)

服务器的优化块设备协议 • NBD • Linux专有块设备协议 • iSCSI • 广泛支持的外部设备协议（块，磁带等）Curve云原生存储支持块设备 • 通过NBD，只支持Linux • 通过SDK API，目前只支持Linux • PFS • 扩大使用范围 • 通过iSCSI支持更多系统，例如Windows, 类UNIX系统等，使用两项基础 技术 • TCP/IP • SCSI • 替代SAN 让Initiator可以使用multipath • 支持卷resize • 添加新的命令 • tgtadm --mode logicalunit --op update --tid 1 --lun 1 --params disksize=auto • Initiator 重新发送SCSI READ CAPACITY命令 • Windows 磁盘管理器refresh • Linux open-iscsi

Curve社区介绍Curve是什么？ • Curve云原⽣软件定义存储 • Curve分布式块存储 • Curve分布式⽂件存储 • ⾼性能、易运维、云原⽣Curve⽂件系统框架和主要应⽤场景 • AI机器学习场景 • ⼤数据计算场景 • 中间件数据存储场景 • ⽀持POSIX兼容的⽂件API • ⽀持低延迟的⽂件数据访问Curve⽂件系统⾯临的问题 • ⽤户态实现 • 基于⽂件数据的操作先内核读写 cache？实现POSIX兼容API途径及问题 • 基于FUSE的实现 • curve / ceph / gluster • LD_PRELOAD重载⽂件系统系统调⽤ • vpp / f-stack / DirectFUSE • Kernel版本实现 • BentoFS 基于rust的实现采⽤LD_Preload⽅式瓶颈分析 • 环境 • FUSE daemon使⽤ google android12 passthrough什么是eBPF • ebpf是不同环境下内核配置， 调试，监控⼯具 • map映射 • 验证器 • Hook • Helper api配置TCP Initial RTO • 场景 内核4.12之前 initial RTO是⼀个常数1s • 应⽤类型BPF_PROG_TYPE_SOCK_OPS • HOOK BPF_SOCK_OPS_TIMEOUT_INIT

少，对文件系统的要求不高， 所以不需要元数据高性能，这方面PFS也合适10/17/22 6 对PFS的修改 ●基于阿里开源的PFS ●不再基于daemon模式，而是直接使用pfs core api ●依然向外提供管理工具, 例如 pfs ls、cp、rm等 ●增加spdk驱动10/17/22 7 新增PFS接口 ●增加pfs_pwritev和pfs_preadv接口 ●ssize_t ●在初始化curvebs时，需要创建chunk pool, 每一个chunk都要填零 ●chunk不再被卷使用时，需要回归chunk pool，为了安全也需要填0。 ●使用nvme的时候，可以直接使用nvme write zero命令，不需要传递 大块数据（全是0），减少了nvme传输带宽，而且nvme在垃圾回收上 可以优化，例如只是标记某块为0, 而不用实际写，gc时不需要搬运。10/17/22 12 nvme读写的内存对齐要求

UCX作为选项38 Ucp Context ●只有一个全局对象，使用下列函数获取 ●UCP_Context* get_or_create_ucp_ctx() ●指定了FEATURE_AM, 多线程共享39 命令行参数控制context的属性 ●--brpc_ucp_error_mode缺省是none，是的本地通讯使用shared memory成为可能 ●--brpc_set_cpu_latency 非-1 ●阀值可调 –接收和发送使用无锁队列 ●UcpWorker接收时写入UcpConnection的无锁队列 ●brpc发送时写入UcpWorker的无锁发送队列5455 UcpWorker实现 ●提供命令行参数调整ucp worker的行为 –--brpc_ucp_worker_busy_poll为true时使用busy poll –--brpc_ucp_worker_poll_time为wait模式时，一次突发的poll的时长