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ceph基于pglog的一致性协议

分布式存储系统通常采用多副本的方式来保证系统的可靠性，而多副本之间如何保证数据的一致性就是系统的核心。ceph号称统一存储，其核心RADOS既支持多副本，也支持纠删码。本文主要分析ceph的多副本一致性协议。

1.pglog及读写流程

ceph使用pglog来保证多副本之间的一致性，pglog的示意图如下：pglog主要是用来记录做了什么操作，比如修改，删除等，而每一条记录里包含了对象信息，还有版本。

ceph使用版本控制的方式来标记一个PG内的每一次更新，每个版本包括一个(epoch，version)来组成：其中epoch是osdmap的版本，每当有OSD状态变化如增加删除等时，epoch就递增；version是PG内每次更新操作的版本号，递增的，由PG内的Primary OSD进行分配的。

ceph基于pglog的一致性协议

每个副本上都维护了pglog，pglog里最重要的两个指针就是last_complete和last_update，正常情况下，每个副本上这两个指针都指向同一个位置，当出现机器重启、网络中断等故障时，故障副本的这两个指针就会有所区别，以便于来记录副本间的差异。

为了便于说明ceph的一致性协议，先简要描述一下ceph的读写处理流程。

写处理流程：

1）client把写请求发到Primary OSD上，Primary OSD上将写请求序列化到一个事务中（在内存里），然后构造一条pglog记录，也序列化到这个事务中，然后将这个事务以directIO的方式异步写入journal，同时Primary OSD把写请求和pglog(pglog_entry是由primary生成)发送到Replicas上；

2）在Primary OSD将事务写到journal上后，会通过一系列的线程和回调处理，然后将这个事务里的数据写入filesystem（只是写到文件系统的缓存里，会有线程定期刷数据），这个事务里的pglog记录（也包括pginfo的last_complete和last_update）会写到leveldb，还有一些扩展属性相关的也在这个事务里，在遍历这个事务时也会写到leveldb；

3）在Replicas上，也是进行类似于Primary的动作，先写journal，写成功会给Primary发送一个committed ack，然后将这个事务里的数据写到filesystem，pglog与pginfo写到leveldb里，写完后会给Primary发送另外一个applied ack；

4）Primary在自己完成journal的写入时，以及在收到Replica的committed ack时都会检查是否多个副本都写入journal成功了，如果是则向client端发送ack通知写完成；Primary在自己完成事务写到文件系统和leveldb后，以及在收到replica的applied ack时都会检查是否多个副本都写文件系统成功，如果是则向client端发送ack通知数据可读；

对读流程来说，就比较简单，都是由Primary来处理，这里就不多说了。

2.故障恢复

ceph在进行故障恢复的时候会经过peering的过程，简要来说，peering就是对比各个副本上的pglog，然后根据副本上pglog的差异来构造missing列表，然后在恢复阶段就可以根据missing列表来进行恢复了。peering是按照pg为单位进行的，在进行peering的过程中，I/O请求是会挂起的，当进行完peering阶段进入recovery阶段时，I/O可以继续进行，不过当I/O请求命中了missing列表的时候，对应的这个待恢复的对象会优先进行恢复，当这个对象恢复完成后，再进行I/O的处理。

因为pglog记录数有限制，当对比各个副本上的pglog时，发现故障的副本已经落后太多了，这样就无法根据pglog来恢复了，所以这种情况下就只能全量恢复，称为backfill，坏盘坏机器或者集群扩容时也会触发backfill，这里不做介绍，后续单独一篇文章来进行分析。

基于pglog的一致性协议包含两种恢复过程，一个是Primary挂掉后又起来的恢复，一种是Replica挂掉后又起来的恢复。

2.1Primary故障恢复

ceph基于pglog的一致性协议

简单起见，图中的数字就表示pglog里不同对象的版本。

1）正常情况下，都是由Primary处理client端的I/O请求，这时，Primary和Replicas上的last_update和last_complete都会指向pglog最新记录；

2）当Primary挂掉后，会选出一个Replica作为“临时主”，这个“临时主”负责处理新的读写请求，并且这个时候“临时主”和剩下的Replicas上的last_complete和last_update都更新到该副本上的[pglog的最新记录；

3）当原来的Primary又重启时，会从本地读出pginfo和pglog，当发现last_complete

2.2Replica故障恢复

ceph基于pglog的一致性协议

与Primary的恢复类似，peering都是由Primary发起的，Replica起来后也会根据pglog的last_complete和last_update构建出replica自己的missing，然后Primary进行peering的时候对比权威日志（即自身）与故障replica的日志，结合replica的missing，构建出peer_missing，然后就遍历peer_missing来恢复对象。然后新的写入时会在各个副本上更新last_complete和last_update，其中故障replica上只更新last_update，恢复过程中，每恢复完一个对象，故障replica会更新last_complete，这样所有对象都恢复完成后，replica的last_complete就会追上last_update。

如果恢复过程中，故障replica又挂掉，然后重启后进行恢复的时候，也是先读出本地log，对比last_complete与last_update之间的pglog记录里的对象版本与本地读出来的该对象版本，如果本地不是最新的，就会加到missing列表里，然后Primary发起peering的时候发现replica的last_update是最新的，peering过程就没有新的对象加到peer_missing列表里，peer_missing里就是replica自己的missing里的对象。

原文 http://www.bitstech.net/2016/02/19/ceph基于pglog的一致性协议/

正文到此结束