ceph-msg-messager|simple 代码分析

目录

ceph的网络通信

ceph网络通信模式分类

simple框架

message数据格式

Ceph通信模块代码分析

ceph网络通信模块类说明

1. Async通信模块角色

2. Async通信模式

Ceph日志和调试


现在ceph的网络是async,simple不用,建议只做了解不不必花太多时间在上面。

ceph的网络通信

原文:Ceph Async Messager · 大专栏

ceph 网络层代码分析(1)_shuningzhang的专栏-CSDN博客

Ceph通信框架设计模式

设计模式:订阅发布模式(Subscribe/Publish),又名观察者模式,它意图是“定义对象间的一种一对多的依赖关系,
当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新”。

 Ceph通信框架流程图

ceph-msg-messager|simple 代码分析_第1张图片

步骤

  • Accepter监听peer的请求, 调用 SimpleMessenger::add_accept_pipe() 创建新的 Pipe 到 SimpleMessenger::pipes 来处理该请求。
  • Pipe用于消息的读取和发送。该类主要有两个组件,Pipe::Reader,Pipe::Writer用来处理消息读取和发送。
  • Messenger作为消息的发布者, 各个 Dispatcher 子类作为消息的订阅者, Messenger 收到消息之后, 通过 Pipe 读取消息,然后转给 Dispatcher 处理。
  • Dispatcher是订阅者的基类,具体的订阅后端继承该类,初始化的时候通过 Messenger::add_dispatcher_tail/head 注册到 Messenger::dispatchers. 收到消息后,通知该类处理。
  • DispatchQueue该类用来缓存收到的消息, 然后唤醒 DispatchQueue::dispatch_thread 线程找到后端的 Dispatch 处理消息。

ceph_message_2

Ceph通信框架类图

ceph-msg-messager|simple 代码分析_第2张图片

架构上采用 Publish/subscribe(发布/订阅) 的设计模式.

simple框架

src/common/config_opts.h
 
OPTION(ms_type, OPT_STR, "simple")


SimpleMessenger 是simple框架具体的实现。
从这个构造函数中可以看到SimpleMessenger 会在构造函数中分别建立结束accepter和发送dispatch_queue 两个线程 

SimpleMessenger::SimpleMessenger(CephContext *cct, entity_name_t name,
                                 string mname, uint64_t _nonce)
    : SimplePolicyMessenger(cct, name, mname, _nonce),   accepter(this, _nonce),
      dispatch_queue(cct, this, mname),
      reaper_thread(this),
      nonce(_nonce),
      lock("SimpleMessenger::lock"), need_addr(true), did_bind(false),
      global_seq(0),
      cluster_protocol(0),
      reaper_started(false), reaper_stop(false),
      timeout(0),
      local_connection(new PipeConnection(cct, this))
{
    ANNOTATE_BENIGN_RACE_SIZED(&timeout, sizeof(timeout),
                               "SimpleMessenger read timeout");
    init_local_connection();

accepter和发送dispatch_queue 线程 建立代码

//这里以accepter为例看看是如何建立接受线程的
class Accepter : public Thread
{
    SimpleMessenger *msgr;
    bool done;
    int listen_sd;
    uint64_t nonce;
    int shutdown_rd_fd;
    int shutdown_wr_fd;
    int create_selfpipe(int *pipe_rd, int *pipe_wr);
public:
    Accepter(SimpleMessenger *r, uint64_t n)
        : msgr(r), done(false), listen_sd(-1), nonce(n),
          shutdown_rd_fd(-1), shutdown_wr_fd(-1)
    {}

    void *entry() override;
    void stop();
    int bind(const entity_addr_t &bind_addr, const set &avoid_ports);
    int rebind(const set &avoid_port);
    int start();
};
//可以看到accepter 是thread的子类
//所以我们先看看其start函数
int Accepter::start()
{
    ldout(msgr->cct, 1) << __func__ << dendl;
    // start thread
    create("ms_accepter");
    return 0;
}
//在start中通过create来新建一个接收线程,其name是ms_accepter
//其次我们在看看这个线程只要执行的工作,其在entry中实现
void *Accepter::entry()
{
    ldout(msgr->cct, 1) << __func__ << " start" << dendl;

    int errors = 0;
    int ch;
    struct pollfd pfd[2];
    memset(pfd, 0, sizeof(pfd));
    pfd[0].fd = listen_sd;
    pfd[0].events = POLLIN | POLLERR | POLLNVAL | POLLHUP;
    pfd[1].fd = shutdown_rd_fd;
    pfd[1].events = POLLIN | POLLERR | POLLNVAL | POLLHUP;
#开始polling
    while (!done)
    {
        ldout(msgr->cct, 20) << __func__ << " calling poll for sd:" << listen_sd << dendl;
        int r = poll(pfd, 2, -1);
        if (r < 0)
        {
            if (errno == EINTR)
            {
                continue;
            }
            ldout(msgr->cct, 1) << __func__ << " poll got error"
                                << " errno " << errno << " " << cpp_strerror(errno) << dendl;
            break;
        }
#检查是否polling返回error
        if (pfd[0].revents & (POLLERR | POLLNVAL | POLLHUP))
        {
            ldout(msgr->cct, 1) << __func__ << " poll got errors in revents "
                                <<  pfd[0].revents << dendl;
            break;
        }
        if (pfd[1].revents & (POLLIN | POLLERR | POLLNVAL | POLLHUP))
        {
            // We got "signaled" to exit the poll
            // clean the selfpipe
#检查是否要退出polling
            if (::read(shutdown_rd_fd, &ch, 1) == -1)
            {
                if (errno != EAGAIN)
                    ldout(msgr->cct, 1) << __func__ << " Cannot read selfpipe: "
                                        << " errno " << errno << " " << cpp_strerror(errno) << dendl;
            }
            break;
        }
        if (done) break;
        // accept
#走到这里polling函数就正常返回了,通过accept函数开始接收
        sockaddr_storage ss;
        socklen_t slen = sizeof(ss);
        int sd = ::accept(listen_sd, (sockaddr *)&ss, &slen);
        if (sd >= 0)
        {
            int r = set_close_on_exec(sd);
            if (r)
            {
                ldout(msgr->cct, 1) << __func__ << " set_close_on_exec() failed "
                                    << cpp_strerror(r) << dendl;
            }
            errors = 0;
            ldout(msgr->cct, 10) << __func__ << " incoming on sd " << sd << dendl;
#实际从pipe中读入msg
            msgr->add_accept_pipe(sd);
        }
        else
        {
            ldout(msgr->cct, 0) << __func__ << " no incoming connection?  sd = " << sd
                                << " errno " << errno << " " << cpp_strerror(errno) << dendl;
            if (++errors > 4)
                break;
        }
    }

    ldout(msgr->cct, 20) << __func__ << " closing" << dendl;
    // socket is closed right after the thread has joined.
    // closing it here might race
    if (shutdown_rd_fd >= 0)
    {
        ::close(shutdown_rd_fd);
        shutdown_rd_fd = -1;
    }

    ldout(msgr->cct, 10) << __func__ << " stopping" << dendl;
    return 0;
}

message数据格式

通信的双方需要约定数据格式,这是很明显的。否则收到对方发送的数据,不知道如何解析。这应该是通信的首先要解决的问题。

class Message : public RefCountedObject {
protected:
  ceph_msg_header  header;      // headerelope
  ceph_msg_footer  footer;
  bufferlist       payload;  // "front" unaligned blob
  bufferlist       middle;   // "middle" unaligned blob
  bufferlist       data;     // data payload (page-alignment will be preserved where possible)
 
  ...
};

在消息内容可以分成3个部分

  • header
  • user data
  • footer。

user data 当中可以分成3个部分

  • payload
  • middle
  • data

payload 一般是ceph操作的元数据 , middle是预留字段目前没有使用。 data是一般为读写的数据。

接下来先介绍header:

struct ceph_msg_header {
	__le64 seq;       /* message seq# for this session */
	__le64 tid;       /* transaction id */
	__le16 type;      /* message type */
	__le16 priority;  /* priority.  higher value == higher priority */
	__le16 version;   /* version of message encoding */
 
	__le32 front_len; /* bytes in main payload */
	__le32 middle_len;/* bytes in middle payload */
	__le32 data_len;  /* bytes of data payload */
	__le16 data_off;  /* sender: include full offset;
			     receiver: mask against ~PAGE_MASK */
 
	struct ceph_entity_name src;
 
	/* oldest code we think can decode this.  unknown if zero. */
	__le16 compat_version;
	__le16 reserved;
	__le32 crc;       /* header crc32c */
} __attribute__ ((packed));

因为payload/middle/data大小一般是变长,因此,为了能正确地解析三者,header中纪录了三者的长度:

  • front_len
  • middle_len
  • data_len

其中data _off含义我尚不明确,后面解决 ⚠️。

接下来看footer的数据结构:

struct ceph_msg_footer {
	__le32 front_crc, middle_crc, data_crc;
	// sig holds the 64 bits of the digital signature for the message PLR
	__le64  sig;
	__u8 flags;
} __attribute__ ((packed));

在footer中会计算payload/middle/data的crc,填入front_crc middle_crc和data_crc

Ceph通信模块代码分析

(原文:ceph 网络层代码分析(1)_shuningzhang的专栏-CSDN博客)

出现在网络层的数据结构比较多,Messenager,Connection,Dispatcher,DispatchQueue,Pipe,让人眼花缭乱,摸不到重点。

下面我讲述下这些数据结构,如何相互配合完成通信的任务。

Ceph的这一套通信机制,其实和Linux下的Socket通信比较像,每一种数据结构和职责,都能在传统的Socket通信中找到对应点。

Linux下的socket通信模型:

int socket(int domain, int type, int protocol);
int socket(int domain, int type, int protocol);

创建一个socket,如同买了一步固定电话

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

将具体的地址绑定到socket上,如同给自己的电话机申请了一个电话号码,和电话机绑定

int listen(int sockfd, int backlog);

服务器端会调用listen来监听这个socket,如同给自己的电话接上了线路,别人就可以通过号码打到自己的电话上了。另一个比喻是打开电话的铃声,这样别人来连的时候,就能听到了。

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

服务器端已经准备好了,connect是client端调用的函数,client端主动连server端,如同别人给你拨电话。

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

服务器端会主动调用accept等待客户来连,如果客户不来连,accept就会阻塞,原地等待。当客户端来连的时候,accept就会返回,同时可以获取到client端的信息,这种情况下线路就通了。

上面是单条线路的通话,如果通话的双方有很多话要讲,同时有其他请求到来时,服务器端并没有停在accept上导致新的通话请求无法接入。在网络通信的早期,一般采用accept之后,创建单独的进程或者线程,或者从线程池中找出一个线程,来应对当前通话,而主线程或者进程,继续调用accept,等待新的通话请求接入。

介绍完了Linux平台下的通用socket通信,接下来介绍ceph的各个数据结构,以及如何和socket通信对应。

ceph中的通信相关的数据结构

服务端:

Messenger 是整个网络模块功能类的抽象。其定义了网络模块的基本功能接口。我们先介绍其手下的成员,当手下的成员介绍清楚了,Messenger就不难理解了。

SimpleMessenger中成员变量如下(部分)

public:
  Accepter accepter;
  DispatchQueue dispatch_queue;
 
  friend class Accepter;
  ...
  set accepting_pipes;
  /// a set of all the Pipes we have which are somehow active
  set      pipes;
  /// a list of Pipes we want to tear down
  list     pipe_reap_queue;

考虑到SimpleMessenger继承自SimplePolicyMessenger,而SimplePolicyMessenger继承自Messenger

class SimpleMessenger : public SimplePolicyMessenger {
}
 
class SimplePolicyMessenger : public Messenger
{
 
}

因此SimpleMessenger中还包含如下成员:

list dispatchers;
  list  fast_dispatchers;

到此,几乎所有的数据结构都已经容纳在SimpleMessenger数据结构之内了,所以说SimpleMessenger是整个网络模块的抽象。

我们从简单到复杂,依次介绍各个模块都是干啥的。

Accepter

Accepter最好理解,它的作用和它的名字一样,用来接受网络连接的。和传统socket通信一样,要想接受网络连接,必须要有电话机(socket),绑定到电话号码(bind),要接上线路,准备接受链接(listen),最后要等待其他地址拨过来的链接请求(accept)。是的,Accepter这个类就是做了这些事情。

以ceph_osd 为例,SimpleMessenger会调用bind,做上面提到的事情,而SimpleMessenger的bind,将这些事情委托给了成员Accepter accepter。

int SimpleMessenger::bind(const entity_addr_t &bind_addr)
{
    lock.Lock();
    if (started)
    {
        ldout(cct, 10) << "rank.bind already started" << dendl;
        lock.Unlock();
        return -1;
    }
    ldout(cct, 10) << "rank.bind " << bind_addr << dendl;
    lock.Unlock();

    // bind to a socket
    set avoid_ports;
    int r = accepter.bind(bind_addr, avoid_ports);
    if (r >= 0)
        did_bind = true;
    return r;
}

而Accepter这个类的bind方法实现,不外乎,socket,bind,listen

int Accepter::bind(const entity_addr_t &bind_addr, const set &avoid_ports)
{
    const md_config_t *conf = msgr->cct->_conf;
    // bind to a socket
    ldout(msgr->cct, 10) << "accepter.bind" << dendl;

    int family;
    switch (bind_addr.get_family())
    {
    case AF_INET:
    case AF_INET6:
        family = bind_addr.get_family();
        break;

    default:
        // bind_addr is empty
        family = conf->ms_bind_ipv6 ? AF_INET6 : AF_INET;
    }

    /*创建socket*/listen_sd = ::socket(family, SOCK_STREAM, 0);
    if (listen_sd < 0)
    {
        lderr(msgr->cct) << "accepter.bind unable to create socket: "
                         << cpp_strerror(errno) << dendl;
        return -errno;
    }

    if (set_close_on_exec(listen_sd))
    {
        lderr(msgr->cct) << "accepter.bind unable to set_close_exec(): "
                         << cpp_strerror(errno) << dendl;
    }

    // use whatever user specified (if anything)
    entity_addr_t listen_addr = bind_addr;
    listen_addr.set_family(family);

    /* bind to port */
    int rc = -1;
    int r = -1;


    for (int i = 0; i < conf->ms_bind_retry_count; i++)
    {

        if (i > 0)
        {
            lderr(msgr->cct) << "accepter.bind was unable to bind. Trying again in " << conf->ms_bind_retry_delay << " seconds " << dendl;
            sleep(conf->ms_bind_retry_delay);
        }

        /*默认情况下,并不指定端口,走else*/
        if (listen_addr.get_port())
        {
            // specific port

            // reuse addr+port when possible
            int on = 1;   rc = ::setsockopt(listen_sd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));
            if (rc < 0)
            {
                lderr(msgr->cct) << "accepter.bind unable to setsockopt: "
                                 << cpp_strerror(errno) << dendl;
                r = -errno;
                continue;
            }

  rc = ::bind(listen_sd, listen_addr.get_sockaddr(),
                        listen_addr.get_sockaddr_len());
            if (rc < 0)
            {
                lderr(msgr->cct) << "accepter.bind unable to bind to " << listen_addr
                                 << ": " << cpp_strerror(errno) << dendl;
                r = -errno;
                continue;
            }
        }
        else
        {
            // try a range of ports
            /*在一定范围内尝试可用的端口,默认范围位 [6800,8100]*/
            for (int port = msgr->cct->_conf->ms_bind_port_min; port <= msgr->cct->_conf->ms_bind_port_max; port++)
            {
                if (avoid_ports.count(port))
                    continue;

                listen_addr.set_port(port);     rc = ::bind(listen_sd, listen_addr.get_sockaddr(),
                            listen_addr.get_sockaddr_len());
                if (rc == 0)
                    break;
            }
            if (rc < 0)
            {
                lderr(msgr->cct) << "accepter.bind unable to bind to " << listen_addr
                                 << " on any port in range " << msgr->cct->_conf->ms_bind_port_min
                                 << "-" << msgr->cct->_conf->ms_bind_port_max
                                 << ": " << cpp_strerror(errno)
                                 << dendl;
                r = -errno;
                listen_addr.set_port(0); //Clear port before retry, otherwise we shall fail again.
                continue;
            }
            ldout(msgr->cct, 10) << "accepter.bind bound on random port " << listen_addr << dendl;
        }

        if (rc == 0)
            break;
    }

    // It seems that binding completely failed, return with that exit status
    if (rc < 0)
    {
        lderr(msgr->cct) << "accepter.bind was unable to bind after " << conf->ms_bind_retry_count << " attempts: " << cpp_strerror(errno) << dendl;
        return r;
    }

    // what port did we get?
    sockaddr_storage ss;
    socklen_t llen = sizeof(ss);
    rc = getsockname(listen_sd, (sockaddr *)&ss, &llen);
    if (rc < 0)
    {
        rc = -errno;
        lderr(msgr->cct) << "accepter.bind failed getsockname: " << cpp_strerror(rc) << dendl;
        return rc;
    }
    listen_addr.set_sockaddr((sockaddr *)&ss);

    if (msgr->cct->_conf->ms_tcp_rcvbuf)
    {
        int size = msgr->cct->_conf->ms_tcp_rcvbuf;
        rc = ::setsockopt(listen_sd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, (void *)&size, sizeof(size));
        if (rc < 0)
        {
            rc = -errno;
            lderr(msgr->cct) << "accepter.bind failed to set SO_RCVBUF to " << size << ": " << cpp_strerror(rc) << dendl;
            return rc;
        }
    }

    ldout(msgr->cct, 10) << "accepter.bind bound to " << listen_addr << dendl;

    // listen! rc = ::listen(listen_sd, 128);
    if (rc < 0)
    {
        rc = -errno;
        lderr(msgr->cct) << "accepter.bind unable to listen on " << listen_addr
                         << ": " << cpp_strerror(rc) << dendl;
        return rc;
    }

    msgr->set_myaddr(bind_addr);
    if (bind_addr != entity_addr_t())
        msgr->learned_addr(bind_addr);
    else
        assert(msgr->get_need_addr());  // should still be true.

    if (msgr->get_myaddr().get_port() == 0)
    {
        msgr->set_myaddr(listen_addr);
    }
    entity_addr_t addr = msgr->get_myaddr();
    addr.nonce = nonce;
    msgr->set_myaddr(addr);

    msgr->init_local_connection();

    ldout(msgr->cct, 1) << "accepter.bind my_inst.addr is " << msgr->get_myaddr()
                        << " need_addr=" << msgr->get_need_addr() << dendl;
    return 0;
}

不多说了,我们看port的范围,6800到8100

root@node-186:/var/run/ceph# ceph daemon osd.1 config show |grep bind
  "ms_bind_ipv6": "false",
  "ms_bind_port_min": "6800",
  "ms_bind_port_max": "8100",
root@node-186:/var/run/ceph# netstat -anp |grep ceph
tcp        0      0 10.10.10.186:6818       0.0.0.0:*               LISTEN      4993/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6819       0.0.0.0:*               LISTEN      4993/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6820       0.0.0.0:*               LISTEN      4993/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6789       0.0.0.0:*               LISTEN      4306/ceph-mon
tcp        0      0 0.0.0.0:6800            0.0.0.0:*               LISTEN      4446/ceph-mds
tcp        0      0 10.10.10.186:6801       0.0.0.0:*               LISTEN      4582/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6802       0.0.0.0:*               LISTEN      4582/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6803       0.0.0.0:*               LISTEN      4582/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6804       0.0.0.0:*               LISTEN      4582/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6805       0.0.0.0:*               LISTEN      4582/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6806       0.0.0.0:*               LISTEN      4702/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6807       0.0.0.0:*               LISTEN      4702/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6808       0.0.0.0:*               LISTEN      4702/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6809       0.0.0.0:*               LISTEN      4702/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6810       0.0.0.0:*               LISTEN      4702/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6811       0.0.0.0:*               LISTEN      4854/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6812       0.0.0.0:*               LISTEN      4854/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6813       0.0.0.0:*               LISTEN      4854/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6814       0.0.0.0:*               LISTEN      4854/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6815       0.0.0.0:*               LISTEN      4854/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6816       0.0.0.0:*               LISTEN      4993/ceph-osd
tcp        0      0 10.10.10.186:6817       0.0.0.0:*               LISTEN      4993/ceph-osd

socket,bind,listen,都已经有着落了,但是目前还没有accept的踪影。Accepter类继承自Thread,它本质是个线程:

class Accepter : public Thread
{
    SimpleMessenger *msgr;
    bool done;
    int listen_sd;
    uint64_t nonce;

public:
    Accepter(SimpleMessenger *r, uint64_t n) : msgr(r), done(false), listen_sd(-1), nonce(n) {}

    void *entry();
    void stop();
    int bind(const entity_addr_t &bind_addr, const set &avoid_ports);
    int rebind(const set &avoid_port);
    int start();
};

Accepter这个线程的主要任务,就是accept,接受连接到来。前面也讲过,这个线程不能用来处理客户的业务请求(专职处理连接请求),因为两者的通信可能耗时较长,造成阻塞,导致其他所有的连接请求无法响应。这个线程也是这么做的,基本上是接到请求,然后创建Pipe负责该请求,继续accept,等待新的连接。

int Accepter::start()
{
    ldout(msgr->cct, 1) << "accepter.start" << dendl;

    // start thread
    create("ms_accepter");

    return 0;
}

void *Accepter::entry()
{
    ldout(msgr->cct, 10) << "accepter starting" << dendl;

    int errors = 0;

    struct pollfd pfd;
    pfd.fd = listen_sd;
    pfd.events = POLLIN | POLLERR | POLLNVAL | POLLHUP;

while (!done)
    {
        ldout(msgr->cct, 20) << "accepter calling poll" << dendl;
        int r = poll(&pfd, 1, -1);
        if (r < 0)
            break;
        ldout(msgr->cct, 20) << "accepter poll got " << r << dendl;

        if (pfd.revents & (POLLERR | POLLNVAL | POLLHUP))
            break;

        ldout(msgr->cct, 10) << "pfd.revents=" << pfd.revents << dendl;
        if (done) break;

        // accept
        sockaddr_storage ss;
        socklen_t slen = sizeof(ss);   int sd = ::accept(listen_sd, (sockaddr *)&ss, &slen);
        if (sd >= 0)
        {
            int r = set_close_on_exec(sd);
            if (r)
            {
                ldout(msgr->cct, 0) << "accepter set_close_on_exec() failed "
                                    << cpp_strerror(r) << dendl;
            }
            errors = 0;
            ldout(msgr->cct, 10) << "accepted incoming on sd " << sd << dendl;

            /*注意这一句,add_accept_pipe,即创建专门的pipe负责此次通信,而线程继续accept,而不是停下来处理通信请求*/  msgr->add_accept_pipe(sd);
        }
        else
        {
            ldout(msgr->cct, 0) << "accepter no incoming connection?  sd = " << sd
                                << " errno " << errno << " " << cpp_strerror(errno) << dendl;
            if (++errors > 4)
                break;
        }   }//end of while

    ldout(msgr->cct, 20) << "accepter closing" << dendl;
    // don't close socket, in case we start up again?  blech.

  if (listen_sd >= 0)
    {
        ::close(listen_sd);
        listen_sd = -1;
    }


    ldout(msgr->cct, 10) << "accepter stopping" << dendl;
    return 0;
}

这个线程是个死循环,不停的等待客户端的连接请求,收到连接请求后,调用msgr->add_accept_pipe,可以理解为创建pipe,由专门的线程负责与客户端通信,而本线程继续accept。

到此处,我们已经终于看到了通信的核心部分Pipe了。我们细细的品以下SimpleMessenger的 add_accept_pipe函数:

Pipe *SimpleMessenger::add_accept_pipe(int sd)
{
    lock.Lock();
    Pipe *p = new Pipe(this, Pipe::STATE_ACCEPTING, NULL);
    p->sd = sd;
    p->pipe_lock.Lock();
    p->start_reader();
    p->pipe_lock.Unlock();
    pipes.insert(p);
    accepting_pipes.insert(p);
    lock.Unlock();
    return p;
}

即服务器端accept之后,创建了一个新的Pipe数据结构,然后将新的Pipe放入到SimpleMessenger的pipes和accepting_pipes两个集合中去。

服务端:

上面是服务器端,我们看一些client端如何连接服务器的监听端口:

client端的程序一般这样写

  • 创建messenger实例
messenger = Messenger::create(g_ceph_context, g_conf->ms_type,
                              entity_name_t::MON(-1),
                              "client",
                              getpid());


messenger->set_magic(MSG_MAGIC_TRACE_CTR);
messenger->set_default_policy(Messenger::Policy::lossy_cli
  • 创建Dispatcher 类并添加到messenger,用于接收消息 (暂时看不懂也关系,后面会讲到)
dispatcher = new SimpleDispatcher(messenger);
messenger->add_dispatcher_head(dispatcher);
dispatcher->set_active(); // this side is the pinger
  • 启动messenger
r = messenger->start();
  • 获得服务器端的连接
conn = messenger->get_connection(dest_server);
  • 通过connection发送消息

我们可以很清楚地知道,get_connection操作,就如同linux socket通信中的connect系统调用,下面我们看看该函数的实现:

ConnectionRef SimpleMessenger::get_connection(const entity_inst_t &dest)
{
    Mutex::Locker l(lock);
    if (my_inst.addr == dest.addr){
        // local
        return local_connection;
    }

    // remote
    while (true)
    {
        Pipe *pipe = _lookup_pipe(dest.addr);
        if (pipe)
        {
            ldout(cct, 10) << "get_connection " << dest << " existing " << pipe << dendl;
        }
        else
        {
            pipe = connect_rank(dest.addr, dest.name.type(), NULL, NULL);
            ldout(cct, 10) << "get_connection " << dest << " new " << pipe << dendl;
        }
        Mutex::Locker l(pipe->pipe_lock);
        if (pipe->connection_state)
            return pipe->connection_state;
        // we failed too quickly!  retry.  FIXME.
    }
}

注意,首先是尝试查找已经存在的Pipe(通过_lookup_pipe),如果可以复用,就不再创建,否则就调用connect_rank来创建Pipe,如下所示:

Pipe *SimpleMessenger::connect_rank(const entity_addr_t &addr,
                                    int type,
                                    PipeConnection *con,
                                    Message *first)
{
    assert(lock.is_locked());
    assert(addr != my_inst.addr);

    ldout(cct, 10) << "connect_rank to " << addr << ", creating pipe and registering" << dendl;

    // create pipe
    Pipe *pipe = new Pipe(this, Pipe::STATE_CONNECTING,
                          static_cast(con));
    pipe->pipe_lock.Lock();
    pipe->set_peer_type(type);
    pipe->set_peer_addr(addr);
    pipe->policy = get_policy(type);
    pipe->start_writer();
    if (first)
        pipe->_send(first);
    pipe->pipe_lock.Unlock();
    pipe->register_pipe();
    pipes.insert(pipe);

    return pipe;
}

get_connection是client的行为,类似于socket通信中的connect系统调用,它真正通信之前,创建了Pipe数据结构。

而服务器端,accept收到连接请求之后,立刻创建了Pipe,它就返回了,继续accept,等待新的连接。

这其实已经很清楚了,Pipe才是通信的双方。

Pipe

Pipe这个类很容易让人产生困惑,因为Linux编程中,也有Pipe管道的概念,它是进程间通信的一种手段,有亲缘关系的进程之间,一个只有read fd,一个只有 write fd(管道通信是单向的), 一个进程向write fd写入内容,另一个进程就可以从read fd中读取到内容,从而达到进程间通信的目的。

其实Ceph的Pipe类,非常相似。Linux下的Pipe,数据流向是单向的,一个Pipe只能做到单向通信,而Ceph的Pipe同时具有读线程和写线程,通过读线程,可以从socket中读取对方发过来的消息,通过写线程可以向socket写消息,发送给对方。这样Pipe类就做到了双向通信。如下代码,Ceph的Pipe类具有读、写类:

class Pipe : public RefCountedObject
{

    class Reader : public Thread
    {
        Pipe *pipe;
    public:
        explicit Reader(Pipe *p) : pipe(p) {}
        void *entry()
        {
            pipe->reader();
            return 0;
        }
    } reader_thread;

    class Writer : public Thread
    {
        Pipe *pipe;
    public:
        explicit Writer(Pipe *p) : pipe(p) {}
        void *entry()
        {
            pipe->writer();
            return 0;
        }
    } writer_thread;

回到上一小节,accept之后,线程调用了msgr->add_accept_pipe函数,该函数中有这样一句:

p->sd = sd;
  p->pipe_lock.Lock();
  p->start_reader();
  p->pipe_lock.Unlock();

很有意思的是通信的发起者,client端执行的get_connection函数中,如果没有Pipe,需要通过connect_rank创建pipe,该函数中有如下一句:

pipe->start_writer();

其实很明确了,client端是攻,而server端是受,所以client端的Pipe主动地start_writer,而server接受client的请求,因此,它启动了自己的read线程 start_reader。 我们看看两者的实现:

/*启动Pipe的读线程*/
void Pipe::start_reader()
{
    assert(pipe_lock.is_locked());
    assert(!reader_running);
    if (reader_needs_join)
    {
        reader_thread.join();
        reader_needs_join = false;
    }
    reader_running = true;
    reader_thread.create("ms_pipe_read", msgr->cct->_conf->ms_rwthread_stack_bytes);
}

/*启动 Pipe的写线程*/
void Pipe::start_writer()
{
    assert(pipe_lock.is_locked());
    assert(!writer_running);
    writer_running = true;
    writer_thread.create("ms_pipe_write", msgr->cct->_conf->ms_rwthread_stack_bytes);
}

Pipe的reader_thread的主函数执行的是 pipe->reader(),刚刚创建的时候,Pipe处于Pipe::STATE_ACCEPTING状态,而在Pipe::reader函数中,如果状态处于Pipe::STATE_ACCEPTING,会进行执行Pipe::accept,在该函数中,会调用start_writer,启动Pipe的写线程:

int Pipe::accept()
{
    ...

    pipe_lock.Lock();
    discard_requeued_up_to(newly_acked_seq);
    if (state != STATE_CLOSED)
    {
        ldout(msgr->cct, 10) << "accept starting writer, state " << get_state_name() << dendl;

        /*启动writer_thread*/
        start_writer();
    }
    ldout(msgr->cct, 20) << "accept done" << dendl;

    maybe_start_delay_thread();

    return 0;   // success.

    ...
}

转到另一面,connect_rank中,新创建的Pipe处于STATE_CONNECTING状态。

ipe *pipe = new Pipe(this, Pipe::STATE_CONNECTING,
static_cast(con));

writer_thread的主函数是Pipe::writer,在该函数中,如果Pipe处于STATE_CONNECTING状态,会调用Pipe::connect函数。

此处和Linux socket通信十分吻合。那么Pipe的accept方法和connect方法到底干了哪些事情呢?我们先不展开,这个深水的内容放到下一篇。 我们先讲讲Connection。

Connection

Connection其实是一个比较上层的概念,关于这一点,YY哥的Ceph源码解析:网络模块 和麦子迈的解析Ceph: 网络层的处理有点不一致。

麦子迈大神认为Connection 就是一个 socket 的 wrapper,它从属于某一个 Pipe,而YY哥认为麦子迈的理解不太对,YY哥认为: Pipe是对socket的封装,Connection更加上层、抽象。

其实我的想法更贴近YY哥,但是麦子迈大神的说法也有一定的道理。从编程应用的角度来看,YY哥正确,因为connection是一上层的概念,暴露在外面.

SimpleMessenger发送消息的流程如下,可以看到Connection是上层的,暴露在外的数据结构,所以YY哥是对的

conn = messenger->get_connection(dest_server);

conn->send_message(m);

但是从另一个角度看,麦子迈也是对的,我们先看下Connection类的定义。这个类是一个通用类,抽象层次要高于SimpleMessenger中的Pipe。

struct Connection : public RefCountedObject {

mutable Mutex lock;

Messenger *msgr;

RefCountedObject *priv;

int peer_type;

entity_addr_t peer_addr;

utime_t last_keepalive, last_keepalive_ack;
连接总是双方的,所以,他要记录对端的类型和对端的地址,对于连接而言,最重要的是通信,要能通过连接发送消息,因此:
virtual int send_message(Message *m) = 0;

send_message的能力一定是不可或缺的。OK,目前这都是基类,对于SimpleMessenger实现而言,Connection不过是Pipe的一个名为connection_state的成员变量。

class Pipe : public RefCountedObject {
  ...
  protected:
    friend class SimpleMessenger;
    PipeConnectionRef connection_state;
  ...
  }
    
    
ConnectionRef SimpleMessenger::get_connection(const entity_inst_t& dest)
{
  Mutex::Locker l(lock);
  if (my_inst.addr == dest.addr) {
    // local
    return local_connection;
  }
 
  // remote
  while (true) {
    Pipe *pipe = _lookup_pipe(dest.addr);
    if (pipe) {
      ldout(cct, 10) << "get_connection " << dest << " existing " << pipe << dendl;
    } else {
      pipe = connect_rank(dest.addr, dest.name.type(), NULL, NULL);
      ldout(cct, 10) << "get_connection " << dest << " new " << pipe << dendl;
    }
    Mutex::Locker l(pipe->pipe_lock);
    if (pipe->connection_state)
      return pipe->connection_state;
    // we failed too quickly!  retry.  FIXME.
  }
}

我们看一下PipeConnectionRef connection_state;

class PipeConnection : public Connection
{
    Pipe *pipe;

    friend class boost::intrusive_ptr;
    friend class Pipe;

public:

    PipeConnection(CephContext *cct, Messenger *m)
        : Connection(cct, m),
          pipe(NULL) { }

    ~PipeConnection();

    Pipe *get_pipe();

    bool try_get_pipe(Pipe **p);

    bool clear_pipe(Pipe *old_p);

    void reset_pipe(Pipe *p);

    bool is_connected() override;

    int send_message(Message *m) override;
    void send_keepalive() override;
    void mark_down() override;
    void mark_disposable() override;

}; /* PipeConnection */

毫不意外,它提供了send_message的方法,当然还有send_keepalive的方法,这些方法,不过是调用了SimpleMessenger类中的同名方法而已:

int PipeConnection::send_message(Message *m)
{
    assert(msgr);
    return static_cast(msgr)->send_message(m, this);
}


void PipeConnection::send_keepalive()
{
    static_cast(msgr)->send_keepalive(this);
}

通过上面的方法不难看出,Connection其实是一个抽象意义上的类,它有点类似于文件描述符,通过文件描述符可以read和write,但是该类并没有限制实现,各种通信方法,可以实现自己的send_message,send_keepalive,而它本身并没有太多实质的内容。

从这里也可以看出,simple类中的Connection,其实是Pipe中的一个成员变量,因此麦子迈说Connection 就是一个 socket 的 wrapper,它从属于某一个 Pipe,也有一定的道理。

但是很明显,我并不喜欢麦子迈的这种说法,因为很容易产生误解。YY哥的说法我更赞成,也更准确。

Ceph通信模块使用实例-monitor模块为例

Ceph 网络模块(4)——SimpleMessenger数据结构及代码流程分析_Hequan的专栏-CSDN博客

Ceph源码解析:网络模块-simple

 由于Ceph的历史很久,最初的网络---simple模式---没有采用现在常用的事件驱动(epoll)的模型,而是采用了与MySQL类似的多线程模型,每个连接(socket)有一个读线程,不断从socket读取,一个写线程,负责将数据写到socket。多线程实现简单,但并发性能就不敢恭维了。

Messenger是网络模块的核心数据结构,负责接收/发送消息。OSD主要有两个Messenger:ms_public处于与客户端的消息,ms_cluster处理与其它OSD的消息。

数据结构

ceph-msg-messager|simple 代码分析_第3张图片

网络模块的核心是SimpleMessager:

(1)它包含一个Accepter对象,它会创建一个单独的线程,用于接收新的连接(Pipe),(socket sd到来,创建Pipe,将连接sd包入其中( p->sd = sd;,Pipe就是SimpleMessager的“连接”)

void *Accepter::entry()
{
...
    int sd = ::accept(listen_sd, (sockaddr*)&addr.ss_addr(), &slen);
    if (sd >= 0) {
      errors = 0;
      ldout(msgr->cct,10) << "accepted incoming on sd " << sd << dendl;
      
      msgr->add_accept_pipe(sd);
...

//创建新的Pipe
Pipe *SimpleMessenger::add_accept_pipe(int sd)
{
  lock.Lock();
  Pipe *p = new Pipe(this, Pipe::STATE_ACCEPTING, NULL);
  p->sd = sd;
  p->pipe_lock.Lock();
  p->start_reader();
  p->pipe_lock.Unlock();
  pipes.insert(p);
  accepting_pipes.insert(p);
  lock.Unlock();
  return p;
}

(2)包含所有的连接对象(Pipe),每个连接Pipe有一个读线程/写线程。读线程负责从socket读取数据,然后放消息放到DispatchQueue分发队列。写线程负责从发送队列取出Message,然后写到socket。

class Pipe : public RefCountedObject {
    /**
     * The Reader thread handles all reads off the socket -- not just
     * Messages, but also acks and other protocol bits (excepting startup,
     * when the Writer does a couple of reads).
     * All the work is implemented in Pipe itself, of course.
     */
    class Reader : public Thread {
      Pipe *pipe;
    public:
      Reader(Pipe *p) : pipe(p) {}
      void *entry() { pipe->reader(); return 0; }
    } reader_thread;  ///读线程
    friend class Reader;

    /**
     * The Writer thread handles all writes to the socket (after startup).
     * All the work is implemented in Pipe itself, of course.
     */
    class Writer : public Thread {
      Pipe *pipe;
    public:
      Writer(Pipe *p) : pipe(p) {}
      void *entry() { pipe->writer(); return 0; }
    } writer_thread; ///写线程
    friend class Writer;

...
    ///发送队列
    map > out_q;  // priority queue for outbound msgs
    DispatchQueue *in_q;  ///接收队列

(3)包含一个分发队列DispatchQueue,分发队列有一个专门的分发线程(DispatchThread),将消息分发给Dispatcher(OSD)完成具体逻辑处理。

消息的接收

接收流程如下:

ceph-msg-messager|simple 代码分析_第4张图片

Pipe的读线程从socket读取Message,然后放入接收队列,再由分发线程取出Message交给Dispatcher处理。

消息的发送

发送流程如下:

ceph-msg-messager|simple 代码分析_第5张图片

其它资料

这篇文章解析Ceph: 网络层的处理简单介绍了一下Ceph的网络,但对Pipe与Connection的关系描述似乎不太准确,Pipe是对socket的封装,Connection更加上层、抽象。

原文:Ceph源码解析:网络模块

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