新一代分布式存储系统 Curve 李小翠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，线上异常演练 • 已开源 • github主页： https://opencurve.github.io/ • github代码仓库： github代码仓库： https://github.com/opencurve/curve 概述背景 01 02 03 04 总体设计 系统特性 近期规划背景 • 多个存储软件：SDFS、NEFS、NBS • 已有的开源软件：Ceph • 不能胜任性能、延迟敏感的场景 • 异常场景抖动较大（比如慢盘场景） • 去中心节点设计在集群不均衡的情况下需要人工运维 • 基于通用分布式存储构建上层存储服务背景 Client通知用户请求完成。背景 01 02 03 04 总体设计 系统特性 近期规划单卷4K随机读写IOPS 102k 39.7k 41.7k 127k 4K随机写 4K随机读 Ceph（L/N） Curve 151.89% 204.56% 单卷4K随机读写平均延迟(ms) 1.244 3.2 3.1 0.998 4K随机写 4K随机读 61.12 % 67.8% 测试环境：6台服务器*20块SATA

Curve High performance Cloud native Distributed storage system https://www.opencurve.io/Agenda • What is Curve • Use Cases • CurveBS • Key Features • Comparing to Ceph • CurveFS • Comparing RoadmapWhat is Curve • Curve is an distributed storage system • Components • Curve Block Storage (CurveBS) • CurveBS: a high performance cloud native distributed block storage • Curve File System turns it into container-native storageDatabase • Database services orchestrated in the cloud • Curve can backup / sync data to slave cloud • When master cloud failure happens, Database service

Curve integrate to Cloud NativeCurve intro • Curve is an distributed storage system • High performance • Easiser operation • Cloud native • Curve is composed of two parts • Curve Block Storage storage • Curve File System (CurveFS) • CurveFS: a high performance cloud native file system (Based on CurveBS / S3 compatible Storage)Operator capability Level OPERATOR CAPABILITY LEVEL CURVE COMMENT uninstall/ upgrade and configure CurveBS/CurveFS through helm chart • upgrade automation • Supporting Curve Cluster provisioning in helm chart • metadata backup and recovery • MDS / ChunkServer should respect

in public cloud and on- premises environments • Use the Curve operator to install, upgrade, backup, and expand CurveBS clusters • Use Curve Discover to discover resource changes and to collect the system’s in public cloud and on- premises environments • Use the Curve operator to install, upgrade, backup, and expand CurveFS clusters • Use Curve Discover to discover resource changes and to collect the system’s

Curve核心组件 - SnapShotCloneServer 许超杰CURVE基本架构 01 02 03 04 快照和克隆的特点 快照克隆服务器架构 快照的实现 05 克隆的实现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 Client etcd，开始执行快照任务。 • 2.在curve中创建内部快照，并返回快照信息， 然后将快照信息更新到etcd。此时，即返回用 户快照成功，可以进行读写。 • 3.向mds查询快照的元数据，转储快照元数据 块metaObject。 • 4.根据快照元数据信息，转储快照数据块 dataObject。 • 5.调用mds接口，移除curve内部的快照。 • 6.mds调用chunkserver接口，删除内部快照 padding / 填0，以补足4KB location定义为A@B的形式: • 如果源卷在s3上，则location格式为objectName@s3，例如: objectxxx@s3 • 如果源卷在curve内部，则location格式为 fileName:offset@cs，例如: /test1:0@csCHUNKSERVER端克隆实现-读时复制原理 • 使用chunkfile的bitmap来标记写过的Page，

Curve核心组件之ChunkServer 查日苏CURVE CURVE是高性能、高可用、高可靠的分布式存储系统 • 高性能、低延迟存储底座 • 可扩展存储场景：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500+天 • 已开源 • github主页： https://opencurve.github 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 Client • 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， MDS，其他ChunkServer通信。RPC 网络层是由brpc框架去完成的。包 括读写socket，rpc协议解析等。

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 3. Curve文件存储 4. 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 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) 7. data stripe (增大并发) 8. zerocopy 9. 云原生 核心设计Curve块存储 1. physical pool用于实现对机

© XXX Page 1 of 30 Curve元数据节点高可用© XXX Page 2 of 30 1. 需求 2. 技术选型 3. etcd clientv3的concurrency介绍 3.1 etcd clientV3的concurrency模块构成 3.2 Campaign的流程 3.2.1 代码流程说明 3.2.2 举例说明Campagin流程 3.3 Observe的流程 Observe的流程 4. MDS使用election模块的功能进行选主 4.1 Curve中MDS的选举过程 4.2 图示说明选举流程 4.2.1 正常流程 4.2.2 异常情况1：MDS1退出，可以正常处理 4.2.3 异常情况2：Etcd集群的leader发生重新选举，MDS1未受影响，可以正常处理 4.2.4 异常情况3：Etcd的leader发生重新选举，MDS1受到影响退出，不一定可以正常处理。 4 如果存在，监听该key值，如果key被删除，回到1的操作。 过程描述如下： 4. MDS使用election模块的功能进行选主© XXX Page 16 of 30 1. 2. 3. 4.1 Curve中MDS的选举过程 如果对代码部分不感兴趣，请跳到 4.2 图示说明选举流程 MDS使用election模块选有以下三个步骤： 调用Campagin进行选举 如果选举成功，获取一下当前的le

© XXX Page 1 of 24 Curve文件系统元数据管理（已实现）© XXX Page 2 of 24 1. 2. 3. 4. Inode 1、设计一个分布式文件系统需要考虑的点： 2、其他文件系统的调研总结 3、各内存结构体 4、curve文件系统的元数据内存组织 4.1 inode定义： 4.2 dentry的定义： 4.3 内存组织 5 元数据分片 /A/C到/B/E hardlink：生成一个hardlink /B/E，指向文件/A/C 6、curve文件系统的多文件系统的设计 1、设计一个分布式文件系统需要考虑的点： 文件系统的元数据是否全缓存？ 元数据持久化在单独的元数据服务器上？在磁盘上？在volume上？ inode+dentry方式？当前curve块存储的kv方式？ 是否有单独的元数据管理服务器？ 2、其他文件系统的调研总结 inode→ hashtable(gfid) dentry→ hashtable(name) inode扩展属性字段 和写数据一样 好 写多份 overwirte有数据不一致风险 curve 有元数据服务器 lru cache缓存 kv → hashtable(key parent inode + name) segment kv → hashtable(key inode +

© XXX Page 1 of 11 Curve文件系统空间分配方案（基于块的方案，已实现）© XXX Page 2 of 11 背景 本地文件系统空间分配相关特性 局部性 延迟分配/Allocate-on-flush Inline file/data 空间分配 整体设计 空间分配流程 特殊情况 空间回收 小文件处理 并发问题 文件系统扩容 接口设计 RPC接口 空间分配器接口 方面可以降低磁盘碎片。 Inline file/data 几百字节的小文件不单独分配磁盘空间，直接把数据存放到文件的元数据中。 针对上述的本地文件系统特性，Curve文件系统分配需要着重考虑 。 局部性 虽然Curve是一个分布式文件系统，但是单个文件系统的容量可能会比较大，如果在空间分配时，不考虑局部性，inode中记录的extent数量很多，导致文件系统元数据量很大。© XXX Page