《大规模分布式存储系统》 第5章 分布式键值系统【5.2】

javazx

5.2　淘宝Tair
. a" W  f+ w; E6 ATair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
" D- ~# l- D$ H+ l- f# h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
, V1 V. l( {/ D  y% n) p. h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
时候，其余的节点会继续提供服务。
5.2.1　系统架构
7 m. ]- r% p& E, o7 hTair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
$ u; _5 \; N% X( W# E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
: b+ `) x" x  G2 c8 B5 L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，
7 Y6 r& Y1 Z7 k0 w) m$ T* S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
实现异常容错。
& d- V1 f- }& J5 S图　5-5　Tair系统架构
) ?) s. s5 a2 |% p' [3 r6 u5.2.2　关键问题
（1）数据分布
+ j& H: l- Z4 s& d; D; h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
) w1 a) U7 V9 T$ u. u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
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
/ z+ z& J+ J8 h& f1 b取值需要远大于集群的物理机器数，例如Q取值10240。
（2）容错
: d1 A3 m' ^9 r- V: ]9 u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
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。
1 `! `5 j. N1 q9 P3 l（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。
4 P" y+ Z  u( Y5 K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
+ S4 C7 v" `: p3 R# W( 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；
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
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，
& `; b. D& `4 }. \, i( \; {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
移才真正完成。
, n% d3 `1 {( r! V- `（4）Config Server
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
4 U; J. A- e" s0 o7 t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
( t& z" ~6 k: ^( m' g+ H7 A4 L" m$ ~（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
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。
图　5-6　Data Server内部结构
3 P6 W, f7 _7 p/ MTair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 B6 j# J" o7 e- _% k. s, HBerkerly DB、Tokyo Cabinet、InnoDB、Leveldb等各种存储引擎。
5.2.3　讨论
/ r0 j9 z7 n/ k2 s5 ~" @Amazon Dynamo采用P2P架构，而在Tair中引入了中心节点Config Server。这种方
/ x9 @. M( j6 i1 ?- v( d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
$ w5 @  W& Y: @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
架构应该参考Tair，而不是Dynamo。
' Z& P0 l  F$ R4 g# X( @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
) P- f2 e3 Q9 n1 x$ s2 r, w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，
8 W9 t! K9 h$ m2 ]- f9 Z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
; [, `4 R: }+ s' T2 Y- k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。

+ Q7 ]* M, l5 i! w$ E, ~; I2 y9 n