CephFS 内部实现（四）：MDS是如何启动的？

MDS启动时要经历一系列状态装换，但mds的各个状态是如何产生、确定的？这些状态究竟在处理什么？本篇尝试以正常启动mds为背景解释这两个问题。

MDS和Monitor的交互

为提供FS服务，首先要ceph fs new命令创建filesystem，然后再启动mds进程。
其中ceph fs new命令由MDSMonitor组件处理，将一个文件系统信息（底层pool是哪些，一些feature等）写入monitor store，此时文件系统是没有关联mds的，所以是不可用的。
mds进程启动后，通过向MDSMonitor发送Beacon消息，并接收从MDSMonitor返回的MDSMap消息逐步启动自己。Beacon除了用于告知monitor关于mds的健康状态，还有want_state这一信息。want_state的值是在mds启动或者收到MDSMap后由mds自己决定的(如向resolve、reconnect、rejoin等转换）。
MDSMonitor接收mds发来的Beacon消息，更新pending_fsmap，写入store。MDSMonitor::tick()在每次写完store后被调用，对pending_fsmap进行遍历，尝试给fsmap关联mds，然后更新pending_fsmap，再次写入store，完成后向mds发送MDSMap。关联到fsmap的mds分两类：一类是具有rank的，最终mds daemon会进入到STATE_ACTIVE状态，其中rank值由MDSMonitor分配；另一类是STATE_STANDBY_REPLAY，每个fsmap最多有一个，没有rank值。关联动作是通过遍历已创建fs map（如果创建了多个filesystem，那么此处就会有多个fs map），寻找可用的处于STATE_STANDBY状态的mds实现的，具体在MDSMonitor::maybe_expand_cluster()。
在众多mds状态中，由MDSMonitor路径负责的状态转换只有一部分，所以在MDSMonitor的代码里不会看到全部mds状态。其他状态转换是在mds端做的决策，此时monitor只是作为一个记录者，负责将状态写入store中。

mds_start.png

MDS 状态

Monitor关于mds状态的处理

MDSMonitor每次写完store后都会由MDSMonitor::tick()做三件事：

• 查看是否有filesystem需要关联mds
• 查看是否有非健康的mds
• 查看是否需要将mds从STATE_STANDBY变成STATE_STANDBY_REPALY
  后两个相对简单些，这里就不再详述。对于第一个给filesystem关联mds，是由MDSMonitor::maybe_expand_cluster()完成。
  
  

  MDSMonitor计算mds状态

在正常启动阶段，MDSMonitor代码，已经MDSMonitor调用的FSMap::promote中主要使用了以下状态：

• STATE_STANDBY ：收到BOOT beacon时直接设置mds为此状态，表明空闲可用
• STATE_STANDBY_REPLAY
• STATE_CREATING：全新的rank，表明mds需要准备journal对象等元数据，由于没有历史包袱，所以这里不需要load元数据或者replay日志之类的操作
• STATE_STARING：停止的rank，不需要创建journal等元数据，但需要load元数据
• STATE_REPLAY

对于resolve等状态MDSMonitor是不涉及的，这些是在MDS端处理。

mds侧关于mds状态的处理

MDS在启动时设置自己状态为STATE_BOOT，并通过beacon发送给MDSMonitor。后续将通过接收到的MDSMap来进一步决定自己的状态。

mds状态变化

MDS_BOOT_xxx对应MDSRank::boot_start()中的步骤，每个步骤作用：

• MDS_BOOT_INITIAL：从rados中读取并初始化inodetable，sessionmap，log等信息。

• MDS_BOOT_OPEN_ROOT：初始化目录树的根目录（包括mdsdir和rootdir）

• MDS_BOOT_PREPARE_LOG：设置log的参数，如果mds处于replay，则会在此进行log-replay

• MDS_BOOT_REPLAY_DONE：log replay已完成，进行一些清理工作，准备进入下一个阶段（对于standby_replay不会再改变状态）

• STATE_RESOLVE：处理slave updates和subtree auth。
  slave update是在多active MDS下，且op需要跨越两个或以上mds时才会产生。如对一个普通文件创建硬链接，目标和源在不同dir下，且两个dir被pin在不同mds时，就会产生slave op。
  这一阶段要做的另外一件事是处理migrator进行到一半的import/export，进行到一半的import/export dir auth是无法确定的，需要在resolve阶段进行确定。slave op处理完后mds会互发subtree信息，这一步中存活的mds会根据从resolve状态的mds接收到的对subtree的声明来进行import_reverse或import_finish最终将subtree的auth确定下来。

• STATE_RECONNECT：遍历sessionmap中的clients，等待client重新建立连接，超时后自动进入下一状态。这一步client可能会将自己对inode已拥有的cap进行声明，如果这些cap有误，可能是inode auth已经改变或者cache中没有inode，对于前者当前mds将inode记录到MDCache::cap_exports，表明会在下一阶段export到auth mds，对于第二种情况，则将inode记录到MDCache::cap_imports表明会在下一阶段对inode进行查找。

• STATE_REJOIN
  这一阶段要处理的事情有：

  • rejoin mds通过MDCache::process_imported_caps查找导入的cap对应的inode。首先遍历mds，如果没有找到则从rados读取
  • rejoin mds对需要export的inode进行处理
  • 处理元数据。对于rejoin mds，replay并不能重建全部元数据信息，且由于subtree map只存在于每个LogSegment开头，所以replay后产生的subtree 信息也可能是过时的，这时如果其他节点有相应的元数据，则需要在rejoin阶段进行处理。rejoin mds需要确保其他 mds宣称自己应该拥有的auth元数据已经正确初始化，对于自己拥有的非auth元数据，要和其他mds保持一致。这些一致主要体现在锁和目录树结构上。rejoin mds缺少的auth元数据最后需要从rados读取。

• STATE_CLIENT_REPLAY mds启动阶段block的op在此阶段继续处理

• STATE_ACTIVE mds启动成功

其他状态

除了以上状态外，还有stop、dne等状态，本文没有涉及。