其他分享
首页 > 其他分享> > Google File System阅读笔记

Google File System阅读笔记

作者:互联网

Google File System

Master metadata

  1. 文件和chunk的namespace(持久化到log)
  2. 文件到chunk的map(持久化到log)
  3. chunk副本的位置location

 

master启动、重启时询问所有chunkserver其chunk位置,当一个chunkserver加入时也如此

 

replica

所有副本不保证一样,插入时插入到一个相同且确定的offset,但是数据之间可能会有空白,数据块也可能会在同一个文件有多个复制版本

 

部署选址条件:

  1. chunkservers的硬盘空间低于平均
  2. 每个chunkserver最近一段时间新建的chunk数量,因为有了写命令才会新建的chunk,而由于是 append-once-read-many workload,新建好后可能有大量的读traffic导致拥塞
    3.副本的部署应该跨机架

 

副本重新复制

chunkserver挂了,其下所有chunk都需要重新复制副本

 

副本重新复制选址条件:

  1. 距离被复制目标的远近,越近越好
  2. 先为活着的文件复制,而不是最近删除过的文件
  3. 阻塞client进程的chunk优先级更高

chunkserver限制了花在复制上的带宽

 

master周期性平衡副本分布:
把副本往硬盘空间更充裕和负载更均衡的地方移动,
在这个过程中,master逐渐地充满新的chunkserver而不是立马塞满,那样会有heavy write traffic

 

Snapshot

log从最新的snapshot后开始记,新建snapshot后会换个log文件

 

一致性

内容一致性

consistent:不论副本在哪,所有client都能看到同样的结果。
场景:写过程中被干扰了,内容中包含多个写操作的内容。

 

defined:consistent 且client会看到全部写的内容。

场景:写过程中没有被干扰。(类似完美单线程情况)

 

inconsistent:不同的客户端看到不同的数据
场景:写失败

 

区分defined区域

写分为两种:

  1. write:在应用指定的offset写。GFS不用这种写
  2. record append:原子性的,至少写入一次的,在GFS选择的offset追加。offset会返回给client,标志着记录的开始位置(defined区域)。offset之前可能有padding或记录的多份复制

 

副本的一致性保证

  1. 对所有的副本以相同的顺序操作
  2. chunk版本号

 

由于client缓存了chunk的位置,它可能从过时的副本处读数据。
限制办法:

  1. 通过缓存失效时间限制
  2. 下次打开文件时,更新缓存此文件所有chunk信息
  3. 过期的副本经常会回复一个premature end of chunk,而不是过期的数据(过期机制保证)。当client重试并与master通信后,他会得到所有chunk位置

 

lease

用于同步副本的一致性,包含版本号,新选primary时才升级版本号,但是会等前一个lease 60s超时。但是只要chunk正在被mutation,primary可以向master无限申请续租。续租申请附在HeartBeat上。

有时master会在lease超时之前撤销lease,例如master想禁用对某个正被重命名文件的mutation

 

用lease指定primary,primary决定一系列mutation的顺序,所有secondary副本按此顺序执行mutation

 

写流程

  1. chunkserver收到client数据后,把他存到LRU buffer中
  2. 一旦所有的replica都ACK收到了数据,client给primary发送写请求,请求中包含了这批数据的标识符(如id)。primary给收到的mutation用连续的序列号编号,其中可能有多个client的请求。primary按序列号顺序执行请求
  3. primary将所有的请求转给secondary,secondary按序列号顺序执行请求
  4. 所有的secondary都向primary返回,表示操作成功
  5. primary给client回应。若中途有任何错误,则操作失败,变更过的区域处于inconsistent。client会重试失败的操作

 

如果一个写操作超过了chunk的边界,GFS会将其分为多个写操作

 

数据传输TCP以流水线的方式

耗时:

$B/T + RL$

B —— 文件含B字节;R —— R个副本;T —— 网络吞吐量;L —— 两机器间的传输延迟;

 

Namespace Management and Locking

通过namespace锁保证对namespace的操作都是原子性的

namespace表

key:全量路径 value:元数据
 

路径锁

处理 /d1/d2/.../dn/leaf
读锁:/d1,/d1/d2, /d1/d2/.../dn
写锁:/d1/d2/.../dn/leaf

 

顺序拿锁来避免死锁:
they are first ordered by level in the
namespace tree and lexicographically within the same level

 

垃圾回收

文件删除时,master日志里立即记删除操作,然后将文件重命名为包含删除时间戳的隐藏名。

当master周期性扫描namespace时,再将超过三天(参数可调)的这种隐藏文件删除,并删除其在master内存中的元数据。在此之前,这些文件可以被通过重命名还原。

通过chunk中类似的常规扫描namespace,master能判别出orphaned chunks并删除这些chunk在master内存中的元数据。

master中有保存 file-chunk 映射的表。chunk replicas在chunkserver的特定的文件夹中。其他未知的文件都被master认为是垃圾。

 

不立即删除的好处:

  1. 简单可信赖
  2. 把回收放在master常规批处理后台程序中,cost被分摊掉了。只会当master相对空闲时跑批
  3. 拖延删除更安全,相对于立即的、不可恢复的删除

 

过时副本检测

master维护了chunk版本号

如果master看到了一个更大的版本号,当赋lease时此chunk被认为过时的并更新版本

master把过时副本在常规垃圾回收中删除

client和chunkserver在操作时会验证版本号

容错

高可用

快速恢复

master和chunkserver挂了后会在秒级时间恢复,不区分正常和非正常关闭

chunk副本数

默认是3,参数可调

master备份

log

master的log和检查点在多个机器上备份。

对client请求的response只会在log刷盘(包括本地和远端副本)后发出

master会把几条log记录一同刷盘来增加吞吐量

 

检查点

master通过重做最近检查点后的log来从故障中恢复,恢复时会跳过未完成创建的检查点

当log超过一个指定大小时,master会创造检查点

检查点是一种紧凑的B树形式,可以直接映射到内存中,用于namespace查找,而无需额外的解析

 

创建检查点的过程中不会delay请求,在另一个线程中做

 

master挂了

如果机器或硬盘挂了,GFS外的基础设施会用备份的log开一个新的master进程。由于client只是用的master的名字,所以只需改DNS即可打到另一台机器

 

当master挂了时,假master只会提供只读的入口

由于文件具体内容是从chunkserver读入,应用不会发现过时的文件内容。在这段短时间窗口内,可能过时的有文件元数据,如目录内容或访问权限

 

数据完整性

checksum

每个chunk分成64KB的块,每个块有32bit的checksum,此checksum保存在内存和持久化到log中。checksum的计算结果被加在chunk的末尾。checksum只会增量地被更新,计算最后一个块,追加后再计算新的checksum。就算最后一个块挂了而不知情,新checksum也不会和存储的数据匹配,则下一次读时,此挂掉也会被检查到。

读的时候,chunkserver在回复给client或其他chunkserver之前会校验checksum,以保证错误不会传播出此chunkserver。

若校验失败,chunkserver返回error,并向master报告。master会从其他副本另外复制一份chunk,当复制完成时,master命令此chunkserver删除错误chunk。

 

如果一个写请求要覆盖原数据,必须校验第一个和最后一个块。

诊断工具

GFS诊断log记录了重要的事件,如新加chunkserver或chunkserver挂了,和所有的RPC请求及回应。此log被异步的写

 

MEASUREMENTS

读比写多

标签:Google,chunkserver,chunk,System,client,副本,master,File,log
来源: https://www.cnblogs.com/GY8023/p/15219584.html