《大规模分布式存储系统》 第5章 分布式键值系统【5.2】

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5.2　淘宝Tair
% r  E+ h. H  JTair是淘宝开发的一个分布式键/值存储引擎。Tair分为持久化和非持久化两种使
7 f8 h3 }- B' P7 x% n  L用方式：非持久化的Tair可以看成是一个分布式缓存，持久化的Tair将数据存放于磁
盘中。为了解决磁盘损坏导致数据丢失，Tair可以配置数据的备份数目，Tair自动将
5 ]: [3 d: U- p% s0 ?$ H8 r, [8 ?一份数据的不同备份放到不同的节点上，当有节点发生异常，无法正常提供服务的
- [% ?( O, H; U时候，其余的节点会继续提供服务。
! ^! n- g! g: U- ]( O3 \5 ~5.2.1　系统架构
, f) b1 a$ I: X/ Z$ u% xTair作为一个分布式系统，是由一个中心控制节点和若干个服务节点组成。其
5 K6 `6 V/ c+ b& J' ~中，中心控制节点称为Config Server，服务节点称为Data Server。Config Server负责
) ]5 K1 p+ g6 G$ _" s8 w管理所有的Data Server，维护其状态信息；Data Server对外提供各种数据服务，并以
心跳的形式将自身状况汇报给Config Server。Config Server是控制点，而且是单点，
目前采用一主一备的形式来保证可靠性，所有的Data Server地位都是等价的。
图5-5是Tair的系统架构图。客户端首先请求Config Server获取数据所在的Data
Server，接着往Data Server发送读写请求。Tair允许将数据存放到多台Data Server，以
4 f" m3 N9 N* o9 L/ P实现异常容错。
图　5-5　Tair系统架构
1 I$ w9 P. v) K- s- s( c5.2.2　关键问题
（1）数据分布
. v" d% r; O9 V% K; i( X" a. b根据数据的主键计算哈希值后，分布到Q个桶中，桶是负载均衡和数据迁移的基
本单位。Config Server按照一定的策略把每个桶指派到不同的Data Server上。因为数
7 Y' T% L7 v0 u) E据按照主键计算哈希值，所以可以认为每个桶中的数据基本是平衡的，只要保证桶
分布的均衡性，就能够保证数据分布的均衡性。根据Dynamo论文中的实验结论，Q
取值需要远大于集群的物理机器数，例如Q取值10240。
# t4 W) y1 I( M（2）容错
当某台Data Server故障不可用时，Config Server能够检测到。每个哈希桶在Tair
中存储多个副本，如果是备副本，那么Config Server会重新为其指定一台Data
' @$ J  J: N( H) ^# j  _( d2 f$ }% GServer，如果是持久化存储，还将复制数据到新的Data Server上。如果是主副本，那
/ m+ N1 a, `( R3 u么ConfigServer首先将某个正常的备副本提升为主副本，对外提供服务。接着，再选
择另外一台Data Server增加一个备副本，确保数据的备份数。
- U/ s1 d4 C+ L（3）数据迁移
& u  u  [+ }$ l机器加入或者负载不均衡可能导致桶迁移，迁移的过程中需要保证对外服务。
当迁移发生时，假设Data Server A要把桶3、4、5迁移到Data Server B。迁移完成
  @* k' W' S- I& P: U' e6 B2 h( I前，客户端的路由表没有变化，客户端对3、4、5的访问请求都会路由到A。现在假
& x6 V) q: p% G! M. c设3还没开始迁移，4正在迁移中，5已经迁移完成。那么如果对3访问，A直接服务；
# Q+ O7 Y' k$ A- m7 ^如果对5访问，A会把请求转发给B，并且将B的返回结果返回给用户；如果对4访
* x" W: A0 x0 a6 A0 t/ d. n/ N: t问，由A处理，同时如果是对4的修改操作，会记录修改日志，等到桶4迁移完成时，
还要把修改日志发送到B，在B上应用这些修改操作，直到A和B之间数据完全一致迁
  }3 M! W' e' l4 i# `移才真正完成。
（4）Config Server
1 q; t0 y  c- y$ ~7 B' }3 z, `) c客户端缓存路由表，大多数情况下，客户端不需要访问Config Server,Config
2 F* ^* B4 ]$ y; }  w$ N6 }& [Server宕机也不影响客户端正常访问。每次路由的变更，Config Server都会将新的配
置信息推给Data Server。在客户端访问Data Server的时候，会发送客户端缓存的路由
) J% S0 s. e4 C2 F! f表的版本号。如果Data Server发现客户端的版本号过旧，则会通知客户端去Config
Server获取一份新的路由表。如果客户端访问某台Data Server发生了不可达的情况
9 e% _# Z9 ]5 y+ Z4 O（该Data Server可能宕机了），客户端会主动去Config Server获取新的路由表。
（5）Data Server
8 X8 P5 g6 t# q: ?Data Server负责数据的存储，并根据Config Server的要求完成数据的复制和迁移
工作。Data Server具备抽象的存储引擎层，可以很方便地添加新存储引擎。Data
Server还有一个插件容器，可以动态加载/卸载插件，如图5-6所示。
" D2 Z. [  e  T9 l7 }$ D* j图　5-6　Data Server内部结构
$ I2 s, a' j6 PTair存储引擎有一个抽象层，只要满足存储引擎需要的接口，就可以很方便地替
换Tair底层的存储引擎。Tair默认包含两个存储引擎：Mdb和Fdb，此外，还支持
4 N+ i- ^# _8 O2 t% a: I& mBerkerly DB、Tokyo Cabinet、InnoDB、Leveldb等各种存储引擎。
5.2.3　讨论
Amazon Dynamo采用P2P架构，而在Tair中引入了中心节点Config Server。这种方
" g7 _7 z$ O7 C4 ?3 u- |, M4 D9 V5 r  ^式很容易处理数据的一致性，不再需要向量时钟、数据回传、Merkle树、冲突处理
等复杂的P2P技术。另外，中心节点的负载很低。笔者认为，分布式键值系统的整体
# e" c/ P1 Y: Q, C, {$ b架构应该参考Tair，而不是Dynamo。
当然，Tair最主要的用途在于分布式缓存，持久化存储起步比较晚，在实现细节
$ X2 g4 C& C8 K上也有一些不尽如人意的地方。例如，Tair持久化存储通过复制技术来提高可靠性，
3 J* w' S. w# T; {1 x0 ^. O然而，这种复制是异步的。因此，当有Data Server发生故障时，客户有可能在一定时
" @6 d% W: }; e2 @" t间内读不到最新的数据，甚至发生最新修改的数据丢失的情况。
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