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 Flush流程 FsSync流程 后台流程 poc测试验证 d。增加inodeId的目的是为了后续从对象存储上遍历，反查文件，这里就要求inodeId是永远不可重复。 读写缓存分离 读写缓存的设计采用的是读写缓存分离的方案。 写缓存一旦flush即释放，读缓存采用可设置的策略进行淘汰（默认LRU），对于小io进行block级别的预读。 即读写缓存相互没影响不相关， 缓存层级 缓存层级分为fs->file->chunk->datacache 4层，通 4层，通过inodeId找到file，通过index找到chunk，然后通过offset~len找到是否有合适的datacache或者new datacache。 对外接口 流程上对于读写缓存有影响的接口包括：write，read，releaseCache，flush，fssync。后面会详细介绍这些接口流程。这里不需要提供truncate接口，可以由client直接修改inode的len，由metaserver的碎片整

数据可用性  提供读写VIP  读写高可用 读写分离  多个读库之间负载均衡 负载均衡  读线性扩展  支持分库分表 高扩展性 写 VIP 读 VIP PG (Primary) PG (Standby1) PG (Standby2) PG (Standby3) 数据同步复制 写请求 读请求 应用层 负载均衡器 CLup高可用及读写分离功能http://www

• 更新到新版的 Rust • 打开本地安装的文档 • 直接通过 rustc 编写并运行 Hello, world! 程序 • 使用 Cargo 创建并运行新项目 是时候通过构建更实质性的程序来熟悉读写 Rust 代码了。所以在第二章我们会构建一个猜数 字游戏程序。如果你更愿意从学习 Rust 常用的编程概念开始，请阅读第三章，接着再回到第 二章。 21/562Rust 程序设计语言 简体中文版 现在有了一个找到字符串中第一个单词结尾索引的方法，不过这有一个问题。我们返回了一个 独立的 usize，不过它只在 &String 的上下文中才是一个有意义的数字。换句话说，因为它是 一个与 String 相分离的值，无法保证将来它仍然有效。考虑一下示例 4-8 中使用了示例 4-7 中 first_word 函数的程序。 文件名：src/main.rs fn main() { let mut s 7-9: 带有公有和私有字段的结构体 因为 back_of_house::Breakfast 结构体的 toast 字段是公有的，所以我们可以在 eat_at_restaurant 中使用点号来读写 toast 字段。注意，我们不能在 eat_at_restaurant 中 使用 seasonal_fruit 字段，因为 seasonal_fruit 是私有的。尝试去除那一行修改 seasonal_fruit

3. 可扩展易运维 4. 云原生 设计目标Curve文件存储 1. 兼顾性能与容量的机器学习 场景 2. 快速跨云弹性发布的业务 3. 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 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

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 zero10/17/22 5 为什么用PFS vector的接口主要是为了与brpc的iobuf对接，iobuf由若干地址不连 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 pfs_preadv_dma(int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt, off_t offset); ●直接DMA读写，要求的内存必须是DPDK的hugetlb内存 ●必须符合NVME 内存读写地址对齐要求 ●offset 512对齐 ●为零copy提供接口10/17/22 10 BRPC IOBuf DMA ●修改BRPC，允许使用dpdk内存作为IOBuf的内存分配器

4、curvefs的topo信息 5、curvefs mds和metaserver的心跳 6、详细设计 6.1 创建fs 6.2、挂载fs 6.3、创建文件/目录 6.4、open流程 6.5、读写流程 6.6、topology 7、工作评估 7.1 client端 7.2 mds端 7.3 metaserver端 metaserver 子模块拆分 8、inode和dentry的内存估算 成。 curve块设备的copyset是在空间预分配的时候就确定了，每次预分配1GB的空间，然后这1GB的空间每个chunk对应的copyset在预分配的时候已经确定。后续的读写的操作直接去对应的copyset上去进行读写。这个 分配copyset方式，并不适合curvefs的元数据。这种分配方式是提前分配了一批空间，即使用户只需要写4KB数据，也一次性分配1GB的空间。而curvefs的元数据 14 of 19© XXX Page 15 of 19 6.5、读写流程 读写流程和之前的读写流程大致保持不变。变化点在于之前inode修改是直接去metaserver上修改，现在变成了去copyset上修改。 client端缓存所有open的inode，读写的时候，根据inode的元数据，去对应的volume或者S3进行读写。如果涉及到inode的修改，根据inodeId查询对应的copy

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 向 leader 发送读写请求, Chunkserver 完成后通知client； 5. 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 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 Ceph（L/N） Curve 58.92% 71.21% 10卷4K随机读写平均延迟(ms) 4.34 7 3.7 2.423 4K随机写 4K随机读 38% 34.5% 测试环境：6台服务器*20块SATA

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 •可以在指定地址空间内随机读写 write(offset, len) •服务质量要求：数据不能丢、服务随时可用、弹性扩缩容 要什么 •成百上千台存储节点 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 Quorum • 大多数副本写成功 • 读写服务可用性做一个折中 • 写性能提升，速度取决于写的较快的大多数 W R client W W W client分布式存储介绍 01 存储的发展 | 分布式存储的分类 | 分布式存储的要素 PG有23种状态：Peering，Degraded等 • 强一致性协议对异常的容忍较差 使用WARO一致性协议 • 所有副本写完成返回客户端 • 延迟取决于所有副本中最慢的那一个块存储场景 为云主机提供云盘，云盘提供随机读写、快照（数据备份，灾备使用）、镜像（模板，自定义）功能。块存储场景 为物理机提供块设备 Linux IO栈 应用程序 -> 文件系统 -> 块设备层 -> 不同协议/驱动使用中的问题 • io抖动（一致性协议）：

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。 ChunkServer架构RPC Service层是对外提供的一些RPC服 ChunkServer架构并发控制层，负责对chunkserver的IO 请求进行并发控制，对上层的读写请 求安照chunk粒度进行Hash，使得不同 chunk的请求可以并发执行。 ChunkServer架构DataStore是对chunk落盘逻辑的封装。 包含chunkfile的创建、删除，以及实际 对chunk的读写，chunk基本cow的快照， 克隆chunk的管理等等。 ChunkServe ChunkServer架构LocalFileSystermAdaptor是对底层文件 系统的一层抽象，目前适配封装了ext4 文件系统的接口。 之所以要做这层抽 象，目的是隔离了底层文件系统的实 际读写请求，如果将来curve要适配裸 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

存在的Socket对象（引用计数加一)，要么创建一 个新的12 BRPC EventDispatcher ●是socket事件分发的中心 ●使用epoll和边沿触发 ●提供监视一个fd是否可读写，并调用对应socket对象的成员函数1314 Socket 输入事件处理15 Socket options ●是创建socket的参数 ●主要成员: –fd 是socket文件句柄 –void r)完成功能。如果你用过libuv或者libevent的evbuffer，它们有点 像 proactor，使用libuv时不停调用uv_run(UV_RUN_NOWAIT)，就可完成buffer自动读写。31 WORKER ●Busy poll –Busy poll可以有效降低时延，但是在空闲时浪费CPU ●Wait –会增加时延，但是节省CPU使用 ●通过ucp_worker_get_efd(*ucp_worker 柄来关闭连接。此举和Socket原来代码一样，减少了修 改。UcpCm检测到pipe读端可读，关闭UcpConnection。 ●以上修改实际上绕过了BRPC的Event dispatcher触发读写机制，UCX自己完成发送接收45 连接管理器UcpCm ●连接管理类 –全局唯一对象 –通过UcpCm * get_or_create_ucp_cm(void)获取 –完成连接的接受 –完成连接的创建