© XXX Page 1 of 9 Curve支持S3 数据缓存方案© XXX Page 2 of 9 版本 时间 修改者 修改内容 1.0 2021/8/18 胡遥 初稿 背景 整体设计 元数据采用2层索引 对象名设计 读写缓存分离 缓存层级 对外接口 后台刷数据线程 本地磁盘缓存 关键数据结构 详细设计 Write流程 Read流程 ReleaseCache流程

中间件只是起点，PolarDB-X 可能是离终点最近的那个 对近十年的探索以及五年的上云 经验进行重新思考，面向未来设 从运维视角实现计算存储一体化 计新架构 产品形态 基于MySQL XA实现分布式事务 基于外部组件进行扩容 支持扩容 分布式事务 一体化尝试 Review 2.0 开源 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2021年10月20日，云栖大会宣 布开源 2020年5月，PolarDB-X 多节点产生多个增量事件队列 • 不同队列中事件之间的顺序 • 分布式事务完整性 • DDL 引起的多 Schema 版本问题 • 扩缩容引起的队列增减 ? Maxwell Debezium A: PolarDB-X 全局 Binlog：完全兼容 • 与 MySQL Binlog 体验完全一致 • 保障分布式事务完整性 • 透明：下游系统或工具改造成本为零 • 实现复杂度高 Q: 保证分布式事务完整性与顺序 • 同一连接串 已验证工具或系统 • MySQL Slave（change master） • DTS • Canal/CloudCanal • Maxwell • Debezium • Streamsets • mysql-binlog-connector-java • Flink CDC 性能指标 • 25w rps • 8GB 大事务 • 5s

进行组织，还有一些因素需要考虑。 是mds节点上组成一个全局的结构体，还是分目录，按照一个目录进行组织。 这需要考虑的元数据管理的分片策略。当前curve文件系统目的是提供一个通用的文件系统，能够支持海量的文件，这就需要文件系统的元数据有扩展能力。元数据管理仅使用一台元数据管理服务器是不够的。使 用多台元数据服务器需要对元数据进行合理的分片。 当前的一个可行方案是按照inodeid进行分片。分 300 5、client给server1发送请求： 修改记录 "C"的inode link++ 这里涉及到增加dentry和增加link，这两个操作不在一个节点上，也需要使用分布式锁进行控制，做成事务。 list：遍历/A目录 1、client给server0发送请求： parentid 0 + name "A"，查询"A"的inodeid为100 inode 100，查询的"A"的inode信息。 c请求，对性能的影响 可能没有想象中的大。一旦client知道了文件或者目录的inodeid，后续对inode的修改，都不需要去先查询dentry信息，可能直接对inode进行修改。 还有将来如果支持多挂载或者一写多读或者多写多读的场景，那么面临着client的缓存失效的问题，这个时候需要去metaserver重新查询inode的信息，这个查询也不需要重新查询dentry信息。因为一个文件或者

当前先不考虑）。 open void (*open) (fuse_req_t req, fuse_ino_t ino, struct fuse_file_info *fi); posix语义中open支持的oflag主要有： O_RDONLY 只读打开 O_WRONLY 只写打开 O_RDWR 读写打开 以上3个必须指定且只能指定一个 O_APPEND 只追加写 O_CREAT 文件不存在时创建 值，如果非0，则需要延迟删除目录，如果为0，则删除目录。 删除时需要从缓存或mds查询删除inode和dentry的位置，并去metaserver删除，然后清除本地缓存 opendir 可先不支持，返回ENOSYS readdir void (*readdir) (fuse_req_t req, fuse_ino_t ino, size_t size, off_t off, struct 找到inode id 对应的inode 结构（从缓存或者metaserver） 根据to_set字段设置相应的attr字段，然后持久化到metaserver，并更新本地缓存。 access 可先不支持，返回ENOSYS rename void (*rename) (fuse_req_t req, fuse_ino_t parent, const char *name, fuse_ino_t newparent

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 3. iSCSI协议 4. 容器云块存储(CSI) 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 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 1. Curve的成长离不开社区贡献者的支持和参与。非常欢迎广大 社区用户为Curve贡献代码、文档，提交issue和改进网站。我 们愿意为您提供必要的支持 2. 社区成员组成： 网易杭研、网易云

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 open-iscsi • Windows iSCSI 发起者 • 服务器端 • 必须是CurveBS原生支持的平台，因为需要curve原生接口，目前是LinuxiSCSI target服务器 • LINUX LILO • 一般用于输出内核本地块设备 • TCMU • 作为LILO支持用户态的接口 • 如何评价LILO • 输出内核块设备I/O效率高 • 不利于把复杂的存储协议代码搬进内核，例如(curve 比较久的历史，原来叫STGT，后来改成TGT • 纯用户态，不与内核绑定 • 支持复杂的存储系统，例如ceph rbd, sheepdog, glfs • 纯C代码，外加一些脚本 • 完整的源代码和维护工具、手册 • 编写IO驱动比较容易，容易扩展支持新的存储系统 • 代码独立，容易编译、调试、修改，适应性强让TGT支持curve • 编写curve驱动，底层异步提交I/O，pipeline •

open接口原型 open flags flags定义 flags的含义 libfuse open open flags 在curvefs上的测试 open flags 实现方式 整体flags支持方案 具体flag的实现方案 O_TRUNC I/O模式类 O_DIRECT O_SYNC, O_DSYNC O_NONBLOCK(O_NDELAY ), FASYNC, O_TMPFILE 结论 ，此时等同于open。 open flags flags定义 flags通过宏定义实现，定义见 ，主要包括如下flag fcntl.h # 红色是不支持且会执行结果错误；橙色是暂不确定但不影响写入结果；紫色为暂时无法测试；黑色是已经支持 #define O_RDONLY 00000000 #define O_WRONLY 00000001 #define O_RDWR 00000002 #define 2.6.33版本支持了O_DSYNC flag，且值使用原O_SYNC的值，但为了兼容老版本的O_SYNC，现在O_SYNC=O_DSYNC|04000000）。 FASYNC: 异步的，启用signal-driven I/O。 : 直接I/O，执行磁盘I/O时绕过缓冲区高速缓存，从用户空间直接将数据传递到文件或磁盘设备。 O_DIRECT : 使得32位操作系统对大文件支持（_FILE_OFFSET_BITS=64）。

●读写都需要CPU拷贝数据 ●不能发挥某些NVME的功能，例如write zero10/17/22 5 为什么用PFS ●对代码比较熟悉 ●找一个能管理裸盘，具有产品级可靠性的代码挺难的 ●PFS支持类POSIX文件的接口，与使用EXT4的存储引擎代码很像， 所以容易移植现有代码到PFS存储引擎 ●CurveBS对文件系统元数据的操作非常少，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 续的block组成，一次IO提交可以提高效率。10/17/22 8 PFS+SPDK 的部分读写的实现 ●某些盘只支持4k单位读写，但是CurveBS支持512字节读写 ●可能存在部分写的并发冲突 ●引入并发的range lock解决冲突10/17/22 9 PFS+SPDK 的DMA支持 ●ssize_t pfs_writev_dma(int fd, const struct iovec *iov page0+4096），[page1, page1+4096）， [page2, page2+4096）， [page3, page3+512)10/17/22 14 IOPortal实现读对齐支持 ●ssize_t IOPortal::pappend_from_dev_descriptor(int fd, off_t offset, size_t max_count)

1 用UCX实现BRPC对RDMA的支持 徐逸锋2 BRPC简介 ●BRPC是Curve的基础通讯框架 ●支持远程过程调用 –C++ –TCP传输 –bthread协程(m:n调度，减少基于内核的下文切换 ，减少cache miss) ●多协议支持 –baidu_std,http,grpc… ●protobuf3 BRPC简介 ●Client/Server架构 ●使用Protobuf定义协议文件 例子：Request输入处理19 Channel创建Socket20 Channel远程调用的发起21 UCX ●NVIDIA Mellanox 开源项目 ●支持RDMA，TCP，Shared memory等 ●能透明支持多个链路传输，例如多网卡bond ●编译成.so或lib的方式，可以集成到应用程序里 ●有完善的配置功能，ucx_info可以dump配置信息 ●有性能测试工具 ●特点是比较原始，开销小，但是没有很强的功能 ●是网络接口层，主要功能是网卡发现和远程内存传输支持，提供component查询和 memory domain的打开 ●一个component包含若干 memory domain resource,一个memory domain又可以包含若干个 transport ●当前支持的memory domain：ibverbs, tcp, shared memory

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 • 稳定性挑战 对接Kubernetes为其提供RWO、RWX等类 型的持久化存储卷 • 对接PolarFS作为云原生数据库的高性能存储 底座，完美支持云原生数据库的存算分离架 构 • Curve作为云存储中间件使用S3兼容的对象 存储作为数据存储引擎，为公有云用户提供 高性价比的共享文件存储 • 支持在物理机上挂载使用块设备或FUSE文件 系统开源社区 社区运营 生态共建 开源共建 源码兜底 技术领先 目标 方法 raft在Curve中的应用 05 Q&A 04 Curve对raft的优化Curve块存储RAFT应用 Curve块存储 • 高性能、更稳定、易运维 • 支持NBD(network block device)、iscsi • 支持RDMA和SPDK Curve块存储架构 • client：接受用户请求。 • mds：保存元数据，包括topo信息、块设备信息、 数据分布信息等，持久化到etcd中。