《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
Tair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
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
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
9 O# o) L" u8 {1 g时候，其余的节点会继续提供服务。
5.2.1　系统架构
Tair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
中，中心控制节点称为Config Server，服务节点称为Data Server。Config Server负责
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
' [. L' u- |# p8 z4 u7 c2 k: W7 x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。
. D# B# v+ {% p+ v& w! W$ ^+ }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
实现异常容错。
图　5-5　Tair系统架构
5.2.2　关键问题
（1）数据分布
; w- U1 t0 k3 z- ~2 l& r6 R- \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
1 ]- `7 M# `3 ^2 m( b" o: I! e0 Z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
& j- N8 r) n+ e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。
2 Y$ E4 }1 ^" ~" z+ y* L（2）容错
; J2 K1 v+ N4 u9 w3 h" k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
* G7 N5 `$ S) C& e& L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
Server，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
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。
# h: Z: e' E7 @3 ^) \! h（3）数据迁移
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。
) J- f' F+ p) |3 x+ e& b: g. B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
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
* A4 o; T+ ^) }* k( y/ H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；
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
) T* E  k# V* Y4 W) K/ j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
" s/ z0 I/ ?( e' H( |: C. u& f移才真正完成。
（4）Config Server
# T& r3 M. {4 _! O1 j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
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
: H5 h% c) X  z+ }9 H; [$ `5 [  g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
" Q6 ~3 U. R) ?  T+ Z# o' \% DServer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
( P: o  e. p: V) [% w. I! `( U（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 Y5 F( ]3 q* J" @; `6 `3 O' hData 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
* U" |( K) P( n" g4 D1 {; H* r! cServer还有一个插件容器，可以动态加载/卸载插件，如图5-6所示。
图　5-6　Data Server内部结构
/ w9 n% i6 C- ]) ]& w1 ETair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
6 N- t& y' e, [Berkerly DB、Tokyo Cabinet、InnoDB、Leveldb等各种存储引擎。
5.2.3　讨论
* r, y+ u( \- _Amazon Dynamo采用P2P架构，而在Tair中引入了中心节点Config Server。这种方
; o& K" `( d7 n: N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
  X2 X2 |( O/ p  }; f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
6 I" j) J& K: P& }' I架构应该参考Tair，而不是Dynamo。
* E# o" a' h- p3 g7 ~8 T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
: i0 L( p7 G4 Z+ R2 N  ]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，
; B5 M; _/ }, E$ b: k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
& C  S3 R3 _, s1 o; q) k0 G! A5 @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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