TGT 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 多个target时，如果挂的设备多，一旦客户端请求量大，就会忙不过来。 • 开源界有尝试修改 • 例如sheepdog的开发者提交过一个patch，但是测试效果不理想，分析 原因，event loop依然是瓶颈对TGT的性能优化 • IO是使用多个epoll 线程，充分发挥多CPU能力 • 当前策略是每个target一个epoll线程，负责Initiator发过来的I/O • 好处是各target上的CPU使用由OS负责分配，CPU分配粒度更细 管理面是主线程，登录，增、删、改target,lun,session,connection,params 都在主线程，而target epoll 线程也要使用这些数据，多线程冲突，数据一 致性问题就来了对TGT的性能优化（续) • 为每一个target增加一把锁 • Target event loop (TEL)线程和管理面线程使用这把锁互斥 • TEL在运行时锁住这把锁，管理面只能等待，等TEL线程进入epoll

r a f t 在 C u r v e 存 储 中 的 工 程 实 践 陈威Curve介绍 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 获客 用户 开发者 操作系统 芯片 数据库 云原生 AI训练 大数据 社区生态Curve介绍 01 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 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 日志条目到他们的状态机中。 • Candidate: 发起选举。获取大多数选票的候选人将 成为领导者。 • Follower: 响应来自其他服务器的请求，如果接受不 到消息，就变成候选人并发起一次选举。

https://github.com/opencurve/curveCURVE基本架构 01 02 03 04 Client总体介绍 热升级NEBD总体介绍 新版本Client/NEBD性能优化CURVE基本架构 • 元数据节点 MDS • 管理和存储元数据信息 • 感知集群状态，合理调度 • 数据节点 Chunkserver • 数据存储 • 副本一致性，raft • 客户端 • 对数据增删改查 • 快照克隆服务器CURVE基本架构 01 02 03 04 Client总体介绍 热升级NEBD总体介绍 新版本Client/NEBD性能优化 QEMU、Curve-NBD：上层应用  通过链接curve-client使用curve提供的服务  FileManager：提供接口，记录已挂载卷  FileInstance：对应一个已挂载的卷  实现了Curve-NBD，与内核NBD模块进行交互 可以作为容器的数据存储 CSI插件也已经开源： https://github.com/opencurve/curve-csi CLIENT上层应用CLIENT虚拟块设备CLIENT主要功能  提供接口  数据面：AioWrite/AioRead、Write/Read  控制面：Create/Delete、Open/Close、Rename等

从快照回滚数据组织形式 • 底层 可用性 / 可靠性 扩展性 / 负载均衡 向上提供无差别文件流 • Application 块/对象/EC等 感知具体格式 提供不同文件类型支撑不同上层应用数据组织形式 • PageFile/AppendFile/AppendECFile • Segment • 逻辑概念，空间分配的基本单元 （减少元数据数量） • 多个连续地址空间chunk（物理文件）的聚合数据组织形式 提供4kb随机读写能力数据组织形式 • PageFile • 地址空间到—>chunk: 1 : N chunk有先后关系 • 创建时指定大小，lazy分配chunk • 提供4kb随机读写能力 • 支撑块设备应用场景 块设备层面的快照功能 即为文件层面快照数据组织形式 • AppendFile • 地址空间到—>chunk: 1 : 1 • 采用append的方式写入数据组织形式 • AppendFile 12 % 67.8% 测试环境：6台服务器*20块SATA SSD，E5-2660 v4，256G，3副本场景 高性能高性能 • quorum机制：raft • 轻量级快照 • io路径上的优化 • filepool落盘零放大 • 轻量级线性一致性读 • io路径上用户空间零拷贝 10卷4K随机读写IOPS 294k 185k 330k 565k 4K随机写 4K随机读

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 3. iSCSI协议 4. 容器云块存储(CSI) 应用场景Curve块存储 1. 高可用性/高可靠性 (易运维) 2. RAFT一致性协议 3. CopySet分配算法 4. 拓扑结构 5. 高性能 6. chunkfilepool (降低写放大) 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 2. 更高性能硬件选型、适配及性能调优 3. 大文件读写性能优化，RAFT优化，降低写放大 3. 功能 1. 文件存储支持回收站/生命周期管理/配额/用户权限等 2. 支持NFS、CIFS/SMB、HDFS等协议 3. 块存储支持按存储池创建卷Curve 社区介绍

人才 降本提效 团队成长 商业服务 用户合作 • 联合实验室 PolarDB云原生分布式开源数据库产品 高校合作 • 课程合作 • 科研项目合作 • 工作组 高校 协同育人、教学优化成果 获客 影响力 职业发展 技能成长 获客 降本 影响力 新商机、 降本 合作沙龙、比赛 合作项目、解决方案 参与社区分享 • 编程之夏 • 黑客松 开源课程: (学习、实验、评 开源共建 社区运营 生态建设 获得生态 商业服务 使用开源 PolarDB 开源学习 开源共建 人才招聘 产品适配 OxM 源码兜底 技术领先 PolarDB开源生态 共建模式 国产化替代 应用软件 适配迁移 生态伙伴集成 • 云市场、云速搭 • 创新中心SaaS市场 • 云起实验室 接入云端销售 数据价值放大 • 基础设施 • 安全 • 管理维护 • 数据集成 • 开发协同

Checker (MLC)测试得到的CPU内存带宽是 61Gbps10/17/22 3 RDMA可以减轻CPU负担 ●可以减少CPU操作网络通讯的开销 ●读写内存都由网卡进行offload ●应用程序不再通过系统调用在内核和用户态来回切换10/17/22 4 磁盘的读写 ●基于EXT4的存储引擎，依然需要通过系统调用来回切换 ●读写都需要CPU拷贝数据 ●不能发挥某些NVME的功能，例如write unk 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 ●NVME读写传输描述分两种规格：PRP和SGL。 PRP是第一个版本， SGL是后面才发展起来的

https://github.com/opencurve/curveCURVE基本架构 01 02 03 04 ChunkServer架构 ChunkServer核心模块 新版本ChunkServer性能优化CURVE基本架构 • 元数据节点 MDS • 管理和存储元数据信息 • 感知集群状态，合理调度 • 数据节点 Chunkserver • 数据存储 • 副本一致性，raft • 客户端 对元数据增删改查 • 对数据增删改查 • 快照克隆服务器CURVE基本架构 01 02 03 04 ChunkServer架构 ChunkServer核心模块 新版本ChunkServer性能优化Curve ChunkServer是数据节点， 对外提供数据读写和节点管理功 能，底层基于ext4文件系统，操 作实际的磁盘。 ChunkServer架构ChunkServer通过RPC网络层与client， 盘或者采用其他文件系统，可以在这 层进行适配。 ChunkServer架构CURVE基本架构 01 02 03 04 ChunkServer架构 ChunkServer核心模块 新版本ChunkServer性能优化ChunkServer核心模块-注册和心跳 上报心跳 根据心跳下发raft成员变更 ChunkServer注册：chunkserver第一次启动时，需要向mds注册，mds分配并返回 Chun

单个模块的误差积累是否会放大，从而 达到不可接受的程度。  功能测试 站在使用者的角度，对模块提供的功能进行完备 的测试。  异常测试 制造或模拟系统异常(磁盘错误、网络错误、资源 冲突等)、依赖服务异常、应用本身异常等非正常 情况，测试软件的性能和稳定性是否符合预期。  规模测试 测试模块在一定规模下是否能够正常工作，是否 会出现异常或者崩溃， 14/33系统测试 系统测试是对整个系统的测 02 03 04 Curve质量控制 Curve监控体系 Curve运维体系 19/33Curve监控架构 Docker-compose Prometheus Grafana Web UI Curve_ops_tool MDS MDS MDS MDS MDS ChunkServer MDS MDS Client Daily reporter MDS 并发送邮件 获取集群拓扑信息 Curve利用brpc内置的bvar组件生成监控指标，并 使用部署在docker的三个组件进行监控指标的处 理与展示：  Prometheus——面向云原生应用程序的开源 的监控&报警工具，curve利用它进行监控指标 的采集与存储。  Daily reporter——python脚本，定时从 Grafana获取指定集群的图表，生成集群监控 日报，并通过邮件发送。

ll底层ext4 • 内核调⽤延迟测试 • 与FUSE Daemon通讯120us左右，FUSE Daemon⼤概10us以内 • 瓶颈在/dev/fuse通讯开销基于FUSE可能的优化点 • 降低内核与libfuse通讯延迟 • 基于⽂件属性的操作内核直接返回？ • 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 passthrough_ll 调⽤底层ext4 • 进程共享内存通信延迟10us+ • others 开销 10us+ • fuse_ll_ops开销10us-基于FUSE的优化框架 • 框架优化的要点 • 共享inode cache • 共享data cache的映射 • GETATTR流程 • ⽂件读取流程 • 相关⼯作 • extFUSE • google 与底层⽂件关系 (filename, offset, len) = func (inodeid, offset, len) • 读cache流程 • 写cache流程基于inode cache优化 • bpf程序类型 BPF_PROG_TYPE_EXTFUSE • Hook点及⽅法 • fuse_request_send • FUSE_LOOKUP / FUSE_GETATTR