BlueStore & BlueFS & rocksdb 关联性梳理

Tag: ceph 12.2.4

BlueStore空间初始化

BlueStore磁盘空间管理

总述

1. OSD挂载目录基于文件系统管理，Slow、WAL、DB空间区域基于裸盘管理；
2. Slow区域：此类空间主要用于存储对象数据，由BlueStore管理，其中分配于BlueFS空间段使用bluefs_extents结构进行管理；
3. WAL区域：单独由BlueFS管理并且对于BlueStore不可见，上电时由BlueFS自身负责初始化，对于.log文件以及自身产生的日志，BlueFS优先选择使用WAL类型设备空间，如果不存在或者WAL设备空间不足，则逐级降级选择DB、SLOW分区；
4. DB区域：单独由BlueFS管理并且对BlueStore不可见，上电时由BlueFS自身负责初始化；对于.sst文件，则优先使用DB类型设备空间，如果不存在或者DB设备空间不足，则选择Slow类型设备空间；
5. rocksdb：基于文件系统KV存储引擎，外部接口供BlueStore调用；
6. BlueStore为支持rocksdb, 实现小型文件系统BlueFS，同时实现BlueRocksEnv为rocksdb提供底层系统封装；
7. BlueFS: 扁平化目录和文件层次（树状）组织结构，定位某个具体文件共需要经过两次查找：通过dir_map找到文件所在最底层文件夹；再在该文件夹下file_map找到对应文件；每个文件bluefs_fnode_t结构管理，extents属性表示磁盘上的物理段集合，prefer_bdev属性表示存储该文件优先使用的块设备；extents集合中各个extent中bdev属性标识归属设备，每个文件都可能使用来自多个不同块设备（WAL、DB和Slow）空间；BlueFS:_allocate方法指定各个extent中bdev_属性值；重新上电，通过BlueFS::_replay通过DB分区第二个4K存储空间（superblock）固定入口位置，读取日志文件内容重放还原元数据（dir_map、file_map）。

初始化过程

[ceph_osd.cc]
int main(int argc, const char **argv)
>> OSD::mkfs(g_ceph_context, store, g_conf->osd_data, mc.monmap.fsid, whoami);

[OSD.cc]
int OSD::mkfs(CephContext *cct, ObjectStore *store, const string &dev, uuid_d fsid, 
  int whoami)
>> store->mkfs();
>> store->mount();

[BlueStore.cc]
int BlueStore::mkfs()
>> _setup_block_symlink_or_file("block", cct->_conf->bluestore_block_path,
	cct->_conf->bluestore_block_size, cct->_conf->bluestore_block_create);
>> _setup_block_symlink_or_file("block.wal", cct->_conf->bluestore_block_wal_path,
	cct->_conf->bluestore_block_wal_size, cct->_conf->bluestore_block_wal_create);
>> _setup_block_symlink_or_file("block.db", cct->_conf->bluestore_block_db_path,
	cct->_conf->bluestore_block_db_size, cct->_conf->bluestore_block_db_create);
>> _open_db(true);
>> _open_fm(true);  初始化FreelistManager

[BlueStore.cc]
int BlueStore::_open_db(bool create)
>> if (do_bluefs):
   >> bluefs = new BlueFS(cct);
   >> bluefs->add_block_device(BlueFS::BDEV_DB, bfn);
>> if (create): bluefs->add_block_extent(BlueFS::BDEV_DB, SUPER_RESERVED, 
                   bluefs->get_block_device_size(BlueFS::BDEV_DB) - SUPER_RESERVED);
>> if (create):
   >> bluefs->add_block_extent(bluefs_shared_bdev, start, initial);
   >> bluefs_extents.insert(start, initial);
>> if (create):
   >> bluefs->add_block_extent(BlueFS::BDEV_WAL, BDEV_LABEL_BLOCK_SIZE, 
         bluefs->get_block_device_size(BlueFS::BDEV_WAL) - BDEV_LABEL_BLOCK_SIZE);
>> if (create): bluefs->mkfs(fsid);
>> bluefs->mount();

[BlueFS.cc]
int BlueFS::mkfs(uuid_d osd_uuid)
>> _init_alloc();
>> 设置superblock信息
>> 初始化log_file

[BlueFS.cc]
int BlueFS::mount()
>> _init_alloc();
>> _replay(false);
>> for (auto& p : file_map):
    for (auto& q : p.second->fnode.extents):
      alloc[q.bdev]->init_rm_free(q.offset, q.length);
>> log_writer = _create_writer(_get_file(1));

[BlueFS.cc]
int BlueFS::_replay(bool noop)
>> 逐个回放事务op

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BlueStore调用rocksdb相关接口

RocksDBStore实现KeyValueDB接口，BlueStore通过RocksDBStore实现对rocksdb操作。

open操作

[BlueStore.cc]
int BlueStore::_open_db(bool create)
>> db = KeyValueDB::create(cct, kv_backend, fn, static_cast(env));
>> if (create): db->create_and_open(err);

[RocksDBStore.cc]
int RocksDBStore::create_and_open(ostream &out)
>> do_open(out, true);

[RocksDBStore.cc]
int RocksDBStore::do_open(ostream &out, bool create_if_missing)
>> rocksdb::DB::Open(opt, path, &db);

read操作

[BlueStore.cc]
int BlueStore::read(const coll_t& cid, const ghobject_t& oid,
  uint64_t offset, size_t length, bufferlist& bl, uint32_t op_flags)
>> read(c, oid, offset, length, bl, op_flags);

[BlueStore.cc]
int BlueStore::read(CollectionHandle &c_, const ghobject_t& oid,
  uint64_t offset, size_t length, bufferlist& bl, uint32_t op_flags)
>> OnodeRef o = c->get_onode(oid, false);
>> _do_read(c, o, offset, length, bl, op_flags);
[注]
每个Onode包含一个ExtentMap，每个ExtentMap包含若干个Extent，
每个Extent负责管理一段逻辑范围内的数据并管理一个Blob,
由Blob通过若干个pextent负责将数据映射到磁盘

[BlueStore.cc]
BlueStore::OnodeRef BlueStore::Collection::get_onode(const ghobject_t& oid, bool create)
>> store->db->get(PREFIX_OBJ, key.c_str(), key.size(), &v);

[KeyValueDB.h]
virtual int get(const string &prefix,const char *key, size_t keylen, bufferlist *value)
>> get(prefix, string(key, keylen), value);

[KeyValueDB.h]
virtual int get(const std::string &prefix, const std::string &key, bufferlist *value)
>> get(prefix, ks, &om);

[RocksDBStore.cc]
int RocksDBStore::get(const string &prefix,
    const string &key, bufferlist *out)
>> db->Get(rocksdb::ReadOptions(), rocksdb::Slice(k), &value);

write操作

[BlueStore.cc]
void BlueStore::_kv_sync_thread()
>> db->submit_transaction_sync(synct);

[KeyValueDB.h]
virtual int submit_transaction_sync(Transaction t)
>> submit_transaction(t);

[RocksDBStore.cc]
int RocksDBStore::submit_transaction(KeyValueDB::Transaction t)
>> db->Write(woptions, &_t->bat);

remove操作

数据库中删除指定元数据键值对

[BlueStore.cc]
int BlueStore::_remove(TransContext *txc, CollectionRef& c, OnodeRef &o)
>> _do_remove(txc, c, o);

[BlueStore.cc]
int BlueStore::_do_remove(TransContext *txc,
  CollectionRef& c, OnodeRef o)
>> txc->t->rmkey(PREFIX_OBJ, o->key.c_str(), o->key.size());

[KeyValueDB.h]
virtual void rmkey(const std::string &prefix,   
  const char *k, size_t keylen)
>> rmkey(prefix, string(k, keylen));

[RocksDBStore.cc]
void RocksDBStore::RocksDBTransactionImpl::rmkey(const string &prefix, const string &k)
>> bat.Delete(combine_strings(prefix, k));

compact操作

可通过客户端命令行中对OSD相关指令（asok_command）

[BlueStore.h]
void compact() override
>> db->compact();

[RocksDBStore.cc]
void RocksDBStore::compact()
>> db->CompactRange(options, nullptr, nullptr);

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[参考文献]

1. 《Ceph设计原理与实现》 第2章 性能之巅—新型对象存储引擎BlueStore