CEPH OBJECTSTORE API介绍

本文由 Ceph中国社区-Thomas翻译,陈晓熹校稿 。

英文出处:THE CEPH OBJECTSTORE API 欢迎加入 翻译小组

简介

object store是Ceph OSD的一部分,它完成实际的数据存储。当前有三种不同的object store可用:

  • FileStore: 文件系统+日志后备的存储
  • KeyValueStore: 基于KV数据库(如:RocksDB, LevelDB)
  • MemStore: 以内存作为存储(译注:所有数据全部位于内存中的STL::Map或者bufferlist)

(译注:目前还有NewStore,或称BlueStore正在开发)

相关文档

 

代码

object store源代码位于Ceph源码目录下的os子目录。为方便:ceph github repository。下面的描述基于Ceph commit-ish 6f8b54c from 2015-01-13。

ObjectStore API

抽象类ObjectStore是OSD实现存储访问的主要API。

这是一套类文件系统API,但是囊括了将状态转化为事务的操作。存储的是对象,而不是文件。一个对象包含:

  • 字节数据 – 类似于文件系统中的文件内容
  • 扩展属性 – 类似于文件系统中文件的扩展属性。是键值对集合。
  • omap – 在概念上与扩展属性相似,但有着不同的地址空间大小及访问模式。

一个对象由下述两个id标示:

  • 集合id –coll_tcid(一个集合就是一组对象)
  • 对象id –ghobject_toid

 

操作

下面不是一个完整的列表;只是给你一个印象。注意:有些操作只对事务可用。

事务操作:以事务作为参数

  • apply_transaction
  • queue_transactions

常规文件系统操作:

  • mount
  • umount
  • mkfs
  • mkjournal
  • statfs
  • need_journal
  • sync
  • flush
  • snapshot

对象操作:以coll_t cidghobject_t oid为参数

  • exists
  • stat
  • read
  • fiemap
  • getattr
  • getattrs

集合操作:以coll_t cid为参数

  • collection_getattr
  • collection_empty
  • collection_list
  • list_collections
  • collection_exists
  • collections_getattrs

Omap操作:

  • omap_get
  • omap_get_header
  • omap_get_keys
  • omap_get_values
  • omap_check_keys

 

延伸阅读

  • ObjectStore.h – 注释部分

 

事务

定义:事务是原始的变更操作序列。类定义ObjectStore::Transaction。支持的操作(摘自ObjectStore.h):

class Transaction {
public:
enum {
OP_NOP = 0,
OP_TOUCH = 9, // cid, oid
OP_WRITE = 10, // cid, oid, offset, len, bl
OP_ZERO = 11, // cid, oid, offset, len
OP_TRUNCATE = 12, // cid, oid, len
OP_REMOVE = 13, // cid, oid
OP_SETATTR = 14, // cid, oid, attrname, bl
OP_SETATTRS = 15, // cid, oid, attrset
OP_RMATTR = 16, // cid, oid, attrname
OP_CLONE = 17, // cid, oid, newoid
OP_CLONERANGE = 18, // cid, oid, newoid, offset, len
OP_CLONERANGE2 = 30, // cid, oid, newoid, srcoff, len, dstoff

OP_TRIMCACHE = 19, // cid, oid, offset, len DEPRECATED

OP_MKCOLL = 20, // cid
OP_RMCOLL = 21, // cid
OP_COLL_ADD = 22, // cid, oldcid, oid
OP_COLL_REMOVE = 23, // cid, oid
OP_COLL_SETATTR = 24, // cid, attrname, bl
OP_COLL_RMATTR = 25, // cid, attrname
OP_COLL_SETATTRS = 26, // cid, attrset
OP_COLL_MOVE = 8, // newcid, oldcid, oid

OP_STARTSYNC = 27, // start a sync

OP_RMATTRS = 28, // cid, oid
OP_COLL_RENAME = 29, // cid, newcid

OP_OMAP_CLEAR = 31, // cid
OP_OMAP_SETKEYS = 32, // cid, attrset
OP_OMAP_RMKEYS = 33, // cid, keyset
OP_OMAP_SETHEADER = 34, // cid, header
OP_SPLIT_COLLECTION = 35, // cid, bits, destination
OP_SPLIT_COLLECTION2 = 36, /* cid, bits, destination
doesn’t create the destination */
OP_OMAP_RMKEYRANGE = 37, // cid, oid, firstkey, lastkey
OP_COLL_MOVE_RENAME = 38, // oldcid, oldoid, newcid, newoid

OP_SETALLOCHINT = 39, // cid, oid, object_size, write_size
OP_COLL_HINT = 40, // cid, type, bl
};
// …
}

每一个操作都在事务类中有一个对应的函数实现(如 OP_ZERO:zero(cid, oid off, len)

一个事务可以有如下三个回调:

  • on_applied
  • on_commit
  • on_applied_sync

ObjectStore::Transaction对象主要用来发送来自OSD的操作序列。例如,OSD:mkfs执行下述操作来初始化meta集合:

ObjectStore::Transaction t;
t.create_collection(META_COLL);
t.write(META_COLL, OSD_SUPERBLOCK_POBJECT, 0, bl.length(), bl);
ret = store->apply_transaction(t);

ObjectStore::Transaction类还能从Buffer中反序列出操作序列(注:即从字节流重建Transcation对象)。日志重做机制就是使用这种方式来重做事务(注:从日志中读取字节流慈宁宫重建出Transcation对象,再Apply这个对象)。

日志

日志对故障恢复很重要。基类ObjectStore没有实现日志功能。在子类JournalingObjectStore中添加了日志能力。

JournalingObjectStore中添加了如下方法:

  • journal_start
  • journal_stop
  • journal_write_close
  • journal_replay

更要的是:

  • _op_journal_transactions – 添加事务到日志
  • do_transactions – 应用日志的纯虚函数.mount过程中的replay_journal中有一个调用例子。

 

实现

当前只有一个Journal实现:

ObjectStore 实现

FileStore

由于KeyValueStore还处于实验阶段,而MemStore更多的还是一种参考/demo实现,FileStore成为目前使用最广的一种实现。

FileStore实现了JournalingObjectStore类,相应地也就实现了ObjectStore类。该类既实现了ObjectStore::Transaction中的操作也实现了其他成员操作。事务操作在_do_transaction中实现并分发给_$OPERATION方法完成具体的工作。由于每个文件系统的特性不同,有些操作及特性检查方法被提取出来放到了抽象类FileStoreBackend中。一个与文件系统代码相关的特殊操作是:fiemap

关于fiemap

fiemap允许你访问文件的扩展数据。基本上,你请求Linux系统将指向文件数据区的索引返回给你。这对稀疏文件很有用。Ceph FileStore在FileStore::_do_sparse_copy_range中使用了它。

延伸阅读:

 

FileStore后端

FileStore后端将大部分与文件系统相关的优化和生僻特性从FileStore的实现中抽象剥离。如果底层的文件系统支持检查点,FileStore后备将使用文件系统的快照特性实现检查点。它还会执行特征检查,如检测是否支持fiemap。所有的具体类都继承至共同的基类GenericFileStoreBackend

特定文件系统的支持情况:

  • ZFS – 用ZFS快照实现检查点
  • XFS – 通过set_alloc_hint设置XFS扩展大小
  • Btrfs – 用Btrfs快照实现检查点。用COW实现高效的文件克隆

 

KeyValueStore

KeyValueStoreObjectStore的一个适配类同时是KeyValueDB的一个具体子类。KeyValueDB是KV数据库的一个通用接口类,在Ceph代码的其他地方也有用到它。适配器中最大的一部分操作是将使用集合id及对象id的类文件系统操作映射为扁平的KV接口。KV数据库中的键值不是通常的任意大小,因此,KV映射及键值的条带化都需要类StripObjectMap来完成,它是KeyValueStore的一部分。

对象映射

GenericObjectMapghobject_tcoll_t到KV映射器的公共基类。它有点类似于KeyValueDBAPI,但并没有实现它。而是采用KeyValueDB代理实现。

StripObjectMap

StripObjectMapKeyValueStore源码的一部分并且实现了GenericObjectMap。它添加了条带和缓存功能。默认条带大小为4096字节(可配置)。

数据库后端

kinetic 希捷kinetic客户端github repository

leveldb Google LevelDB

rocksdb Facebook RocksDB

MemStore

MemStore将一切都存储在内存,在mount/umount时支持转储和恢复。为便于对象和组查找,它围绕着C++对象及哈希表来构建。

与它的实现相关的第一条提交记录是对ObjectStore 的一种参数实现。该实现仍然是1,537 SLOC.

如何添加新的ObjectStore

由于已经有处理文件系统和KV数据库的代码,写一个全新的ObjectStore不总是有必要。

一个粗略的指南告诉你从哪里开始:

想支持的是何种后端?

  • KV数据库: 从KeyValueDB的一个实现开始(注:参考LevelDBStore.cc/h 和 RocksDBStore.cc/h)
  • 文件系统:
    • 看下FileStoreBackend中的detect_features方法。文件系统是否需要特殊处理?
    • – 是否支持快照?如果是,参考BtrfsFileStoreBackendZFSFileStoreBackend

  • 完全不一样的实现?看看MemStore(注:以了解需要实现哪些方法,以及这些方法最简单的的原型实现)。

 

  1. https://github.com/ceph/ceph/c … 7d1c9

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