© 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

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 存储使用Ceph文件存储/HDFS • 成本/性能挑战 Curve块存储和文件存储均采用raft协议整体架构 • 对接OpenStack平台为云主机提供高性能块 存储服务 • 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 • 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 影响力 降本 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

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 通常意义是支持 POSIX 接口 传统意义的文件系统： Ext4 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 —— 无中心节点/中心节点 均 衡 地址空间的每段数据会分布在不同机器的磁盘上，如 何找到这些数据？ 可靠性 & 可用性 —— 多副本/EC 服务不可用时 间 数据一致性 —— 一致性协议 如何保证数据不丢？如何保证各种硬件故障的时候读 写都正常？ 可扩展性 —— 和数据分布的方式相关 所用容量都用完后，可以新增机器扩展容量分布式存储的要素 — 数据分布 KEY (Offset, Len) VALUE (DiskID) (0, 4MB) 70 (4MB, 8MB) 60 (8MB, 16MB) 50分布式存储的要素 — 一致性协议 多副本： 写三次？ 一致性协议 一致性：WARO（Write-all-read-one）、Quorum WARO • 所有副本写成功 • 读可用性高：可以读任一副本 • 写可用性较低，任一副本异常写失败

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 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, brpc, c++, protobuf 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 •

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 –例如: 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 ●比较详细的文档2223 ●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

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 Maxwell DebeziumPolarDB-X 完全兼容 MySQL Binlog 可行性 • 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 • 与 MySQL Binlog 完全一致体验 • 文件格式兼容：Binlog v4 row-based • SQL 指令兼容：show binary logs… • MySQL DUMP 协议 • 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

行分片，Dentry按照parentid进行分片 rename：rename /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？ hashtable (parent inode + name) 全内存 chunk → hashtable(chunk id) log + dump record 差 否 chunk 链式多副本 overwirte有数据不一致风险 chubaofs（cfs） 有元数据服务器 inode → b tree(key ino) dentry → b tree (key parentIno + group) Btree、B+ tree 好 有 tiny extent，多个文件共用 normal extent，属于一个文件 partition append→ master slave协议 overwrite → raft 更适合大文件顺序写 fastcfs 有元数据服务器 inode和dentry放一个结构体。 inode → hashtable（key是ino，全局） dentry

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) 7. data chunkserver按照故障域分组 4. copyset中的节点属于不同的 故障域 数据组织Curve块存储 IO流程Curve块存储 1. chunkserver负责数据的存储 2. RAFT协议保持数据的一致 性 3. chunkfile pool降低元数据开 销 Chunkserver服务Curve块存储 性能设计Curve块存储 在线升级设计 1. 客户端分成NebdClient与 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

和克隆的特点 • 克隆的定义 • 克隆是指从卷复制出卷的功能，提供快速的复制卷的能力。 • 这里的克隆还包括从快照回滚的功能 • 克隆的特点 • 支持Lazy和非Lazy两种模式克隆 • 支持从快照克隆和从镜像（卷）克隆 • 支持从快照回滚 • 高可用，克隆任务中断自动拉起继续克隆快照克隆服务器架构 • 基于brpc提供restful API的对外http接口 HttpService: ChunkId + “_snap_”+ seqNum的形式，以区别于 ChunkFile。CHUNKSERVER端快照实现-SNAPFILE 字段 类型 说明 version uint8_t 文件格式协议 版本号 demaged bool 损坏标记 sn uint64_t 快照版本号 bits uint32_t 位图的位数 bitmap char[] 位图 crc uint32_t 上述字段的crc 无额外接口： 无需Flatten接口。 适用场景： 适用于从云主机或快照创建镜像CHUNKSERVER端克隆实现-CHUNKFILE 字段 类型 说明 version uint8_t 文件格式协议版本号 sn uint64_t chunk文件的版本号 correntSn uint64_t chunk的修正版本号 locationSi ze size_t 可缺省，当前为CloneChunk时表示

卷和文件系统 元数据架构 文件系统快照 方案一：文件/目录级别快照 方案二：文件系统快照 关键点 元数据设计 数据结构 索引设计 文件空间管理 开发计划及安排 背景 为更好的支持云原生的场景，Curve需要支持高性能通用文件系统，其中高性能主要是适配云原生数据库的场景。当前Curve是实现了块存储，向上提供块设备服务，CurveFS会基于此实现。第一阶段的目标是实现 满足数据库场景的文件接口。 的管理形式？留有租户这个概念），直接基于 namespace 开发： a. 功能 软/硬链接：目前是都不支持的。软链接可以通过标识文件类型解决；由于 prefix + parentid + filename 作为 key , filename 直接和 fileInfo 关联，硬链接无法支持 b. 性能 list：list在通用文件系统中是很常见的操作，目前 curve 的元数据缓存使用的 slave，slave 在内存中也缓存了全部元数据信息 master-slave 多副本数据 CurveFS 分布式元数据设计 类似 chubaofs 的元数据设计方式，同样是采用 dentry，inode 两层映射关系，所有的元数据都缓存在内存中。元数据是分片的，使用 multi-raft 持久化元数据以及保证多副本数据一致性。基于这种方式开发： a. 性能 由于元数据分片，获取元数据