《大规模分布式存储系统》 第5章 分布式键值系统【5.2】

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5.2　淘宝Tair
' [, Q9 Y4 O  lTair是淘宝开发的一个分布式键/值存储引擎。Tair分为持久化和非持久化两种使
8 |/ _& v/ R+ A, C用方式：非持久化的Tair可以看成是一个分布式缓存，持久化的Tair将数据存放于磁
盘中。为了解决磁盘损坏导致数据丢失，Tair可以配置数据的备份数目，Tair自动将
一份数据的不同备份放到不同的节点上，当有节点发生异常，无法正常提供服务的
时候，其余的节点会继续提供服务。
5 X/ _) H, k4 r5 I/ J5.2.1　系统架构
Tair作为一个分布式系统，是由一个中心控制节点和若干个服务节点组成。其
中，中心控制节点称为Config Server，服务节点称为Data Server。Config Server负责
管理所有的Data Server，维护其状态信息；Data Server对外提供各种数据服务，并以
心跳的形式将自身状况汇报给Config Server。Config Server是控制点，而且是单点，
! v7 U" x& W  t0 Q目前采用一主一备的形式来保证可靠性，所有的Data Server地位都是等价的。
) B8 a) O; E0 a: s( K; \) z7 r图5-5是Tair的系统架构图。客户端首先请求Config Server获取数据所在的Data
7 y1 E2 H  _/ y& q" j; gServer，接着往Data Server发送读写请求。Tair允许将数据存放到多台Data Server，以
; I3 W+ Y9 T) P' ^; x实现异常容错。
2 D3 n1 f! c; L) ~+ R! M/ P3 F5 p; h图　5-5　Tair系统架构
5.2.2　关键问题
% s; E) k: v& Y0 |5 Y（1）数据分布
根据数据的主键计算哈希值后，分布到Q个桶中，桶是负载均衡和数据迁移的基
- h+ u% a) a& o3 g本单位。Config Server按照一定的策略把每个桶指派到不同的Data Server上。因为数
6 _0 S5 e7 z$ o3 E$ a6 \据按照主键计算哈希值，所以可以认为每个桶中的数据基本是平衡的，只要保证桶
分布的均衡性，就能够保证数据分布的均衡性。根据Dynamo论文中的实验结论，Q
! ?* e9 a8 ]" |2 C6 ~6 r取值需要远大于集群的物理机器数，例如Q取值10240。
（2）容错
当某台Data Server故障不可用时，Config Server能够检测到。每个哈希桶在Tair
中存储多个副本，如果是备副本，那么Config Server会重新为其指定一台Data
. Y& ^5 X- ^/ A$ D2 NServer，如果是持久化存储，还将复制数据到新的Data Server上。如果是主副本，那
4 {; e1 P- L9 q! H5 W4 i么ConfigServer首先将某个正常的备副本提升为主副本，对外提供服务。接着，再选
$ p' k( R4 U! C6 C: D择另外一台Data Server增加一个备副本，确保数据的备份数。
* y4 ?! z2 b6 l& o+ y. v（3）数据迁移
$ Q& `1 ^. d. k1 v机器加入或者负载不均衡可能导致桶迁移，迁移的过程中需要保证对外服务。
当迁移发生时，假设Data Server A要把桶3、4、5迁移到Data Server B。迁移完成
# ~/ n; r2 C: ~7 I9 M# K* k- o3 D5 ~前，客户端的路由表没有变化，客户端对3、4、5的访问请求都会路由到A。现在假
设3还没开始迁移，4正在迁移中，5已经迁移完成。那么如果对3访问，A直接服务；
如果对5访问，A会把请求转发给B，并且将B的返回结果返回给用户；如果对4访
; f/ T* ~$ w/ E  m, s5 k问，由A处理，同时如果是对4的修改操作，会记录修改日志，等到桶4迁移完成时，
6 t' s( r% H8 ~6 p+ T还要把修改日志发送到B，在B上应用这些修改操作，直到A和B之间数据完全一致迁
( f1 J% c: W: {# d0 y移才真正完成。
（4）Config Server
客户端缓存路由表，大多数情况下，客户端不需要访问Config Server,Config
Server宕机也不影响客户端正常访问。每次路由的变更，Config Server都会将新的配
  U8 P* [7 B6 L3 M9 n置信息推给Data Server。在客户端访问Data Server的时候，会发送客户端缓存的路由
( `. R6 s7 J2 N1 g: Y( y$ `表的版本号。如果Data Server发现客户端的版本号过旧，则会通知客户端去Config
4 u  a$ ^( B+ ]Server获取一份新的路由表。如果客户端访问某台Data Server发生了不可达的情况
) `& [! t: |4 H8 @# w; h6 V（该Data Server可能宕机了），客户端会主动去Config Server获取新的路由表。
（5）Data Server
Data Server负责数据的存储，并根据Config Server的要求完成数据的复制和迁移
6 `$ N- m# J3 I1 {( d% V工作。Data Server具备抽象的存储引擎层，可以很方便地添加新存储引擎。Data
Server还有一个插件容器，可以动态加载/卸载插件，如图5-6所示。
" e; d, q  I7 O  [' z3 Y( c图　5-6　Data Server内部结构
Tair存储引擎有一个抽象层，只要满足存储引擎需要的接口，就可以很方便地替
3 Z& u2 z5 c* S. B* l% }换Tair底层的存储引擎。Tair默认包含两个存储引擎：Mdb和Fdb，此外，还支持
Berkerly DB、Tokyo Cabinet、InnoDB、Leveldb等各种存储引擎。
1 C- M$ ^0 `* M# i5.2.3　讨论
, B- A  d' i2 ]; Z7 c; J. s: JAmazon Dynamo采用P2P架构，而在Tair中引入了中心节点Config Server。这种方
# a, q1 _( k; G: [3 r2 z' p3 r) ^式很容易处理数据的一致性，不再需要向量时钟、数据回传、Merkle树、冲突处理
等复杂的P2P技术。另外，中心节点的负载很低。笔者认为，分布式键值系统的整体
架构应该参考Tair，而不是Dynamo。
$ Y  b# u3 E1 H4 `当然，Tair最主要的用途在于分布式缓存，持久化存储起步比较晚，在实现细节
上也有一些不尽如人意的地方。例如，Tair持久化存储通过复制技术来提高可靠性，
然而，这种复制是异步的。因此，当有Data Server发生故障时，客户有可能在一定时
间内读不到最新的数据，甚至发生最新修改的数据丢失的情况。


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