CEPH OBJECTSTORE API介绍

Thomas是本人在Ceph中国社区翻译小组所用的笔名，该文首次发布在Ceph中国社区，现转载到本人博客，以供大家传阅

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

• Ceph Performance: Interesting Things Going On
• Object Store Architecture Overview

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_t cid(一个集合就是一组对象)
• 对象id - ghobject_t oid

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 cid和ghobject_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：

• LWN: Fiemap, an extend mapping ioctl
• GNU Coreutils copy implementation

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

KeyValueStore是ObjectStore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

GenericObjectMap是ghobject_t、coll_t到KV映射器的公共基类。它有点类似于KeyValueDB API，但并没有实现它。而是采用KeyValueDB代理实现。

StripObjectMap

StripObjectMap是KeyValueStore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 1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BtrfsFileStoreBackend、ZFSFileStoreBackend
• 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/commit/aa63d6730a638591b0699c4215ed5cce2917d1c9↩