1.背景说明
继上次分享的 Ceph介绍及原理架构分享 和 分布式存储Ceph之PG状态详解 ，这次分享点干货。
用户需要从cephfs存储系统中检索一个大文件指定关键字的一行信息， 并且对延迟和性能要求比较高。
2. 原始方案
2.1 流程图
image.png
2.2 说明
- 假如用户拉取的文件大小是16M, 文件按照4M切分，散落到四个数据片上
- 用户首先请求cephfs拉取文件信息
- cephfs会根据crush算法找计算文件散落到那几个数据片上
- cephfs会拉取文件所属的数据片然后聚合起来
- cephfs文件拉取后返回给用户
- 用户拉取完整个文件，开始做过滤关键字操作
2.3 实战
//检索2.7G文件为例
$ ll -lh nginx/logs/access.log.2018102911
-rw-rw-r-- 1 root root 2.7G Oct 29 12:07 nginx/logs/access.log.2018102911
//grep 模拟花费12s
$ time grep "xxxyyyzzzqqq" nginx/logs/access.log.2018102911
real 0m12.355s
user 0m0.302s
sys 0m0.823s
2.4 优缺点
优点
- 简单方便
- 开发成本低
缺点
- 用户端检索延迟大，影响用户体验
- 客户端集群网卡带宽波动较大，带宽有限，每次都需要把大日志文件拉取到客户端
- 对ceph集群负载也有波动影响
2.5 总结
用户拉取文件，必须先通过cephfs拉取文件到本地，然后根据关键字检索这行数据。如果用户检索量比较大的时候，并且文件大小都不统一，拉取文件越大网络延迟越高，并且在大文件中过滤关键字效率非常低，严重影响用户的体验。
3. 优化方案
3.1 流程图
image.png
3.2 说明
- 用户发起请求输入文件名和key关键字到达索引层
- 索引层根据key找到对应的offset信息，然后传给dss-readline
- dss-readline根据cephfs cursh算法找到对应的object信息和offset信息
- 根据dss-readline用户输入的offset找到对应的object块信息
- dss-readline直接获取需要块的offset 该行的信息
3.3 实战
//查找2.8G文件offset对应的信息
$ ll nginx/logs/access.log.2018110216 -lh
-rw-rw-r-- 1 root root 2.8G Nov 2 17:08 nginx/logs/access.log.2018110216
//sed的方式模拟，花费12s
$ time sed -n "1024p" nginx/logs/access.log.2018110216
real 0m12.042s
user 0m1.191s
sys 0m0.929s
//dss_readfile 自研工具, 输入参数:poolname, filename, offset 可以看出来花费91ms
//usage: dss_readfile <poolname> <filename> <offset>
time ./dss_readfile data nginx/logs/access.log.2018110216 1024
real 0m0.091s
user 0m0.042s
sys 0m0.011s
3.4 优缺点
缺点
- 需要额外开发成本
优点
- 提升用户体验，从以前检索单个2.8G文件耗时10s左右， 优化后控制在100ms左右
- 客户端网络网卡带宽可用率得到提升
- 减少对ceph集群的冲击影响
3.5 总结
思路：
由于文件信息是放到服务端，进行切片存储到数据节点。
我们能不能只拉取我需要的块信息，不用全量拉取到本地，答案是肯定的。
- 根据文件信息查找所有的object、offset信息
- 根据offset找到需要检索的object信息
- 找到对应的object，读取该object对应的offset位置的信息（一行数据可能会拆分多个object)
优点：
- 提升用户体验，从以前检索单个2.8G文件耗时10s左右， 优化后控制在100ms左右
- 客户端网络网卡带宽可用率得到提升
- 减少对ceph集群的冲击影响
4. 深入分析
4.1 文件对应object信息
4.1.1 Jewel版本
//Ceph Jewel版本里，有个cephfs的工具，可以获取file的location信息
//根据offset查找object信息
$ cephfs /mnt/kernel_log_push.log show_location -l 4194304
WARNING: This tool is deprecated. Use the layout.* xattrs to query and modify layouts.
location.file_offset: 4194304
location.object_offset:0
location.object_no: 1
location.object_size: 4194304
location.object_name: 10002b63282.00000001
location.block_offset: 0
location.block_size: 4194304
location.osd: 67
//file object map 信息
$ cephfs /mnt/kernel_log_push.log map
WARNING: This tool is deprecated. Use the layout.* xattrs to query and modify layouts.
FILE OFFSET OBJECT OFFSET LENGTH OSD
0 10002b63282.00000000 0 4194304 61
4194304 10002b63282.00000001 0 4194304 67
8388608 10002b63282.00000002 0 4194304 70
12582912 10002b63282.00000003 0 4194304 68
4.1.2 源码跟踪
ceph jewel版本，cephfs代码
https://github.com/ceph/ceph/blob/v10.2.9/src/cephfs.cc#L117
struct ceph_ioctl_layout layout;
memset(&layout, 0, sizeof(layout));
//获取layout信息
err = ioctl(fd, CEPH_IOC_GET_LAYOUT, (unsigned long)&layout);
if (err) {
cerr << "Error getting layout: " << cpp_strerror(errno) << endl;
return 1;
}
printf("%15s %24s %12s %12s %s\n",
"FILE OFFSET", "OBJECT", "OFFSET", "LENGTH", "OSD");
for (long long off = 0; off < st.st_size; off += layout.stripe_unit) {
struct ceph_ioctl_dataloc location;
location.file_offset = off;
//获取location 信息
err = ioctl(fd, CEPH_IOC_GET_DATALOC, (unsigned long)&location);
if (err) {
cerr << "Error getting location: " << cpp_strerror(errno) << endl;
return 1;
}
printf("%15lld %24s %12lld %12lld %d\n",
off, location.object_name, (long long)location.object_offset,
(long long)location.block_size, (int)location.osd);
}
CEPH_IOC_GET_DATALOC代码
//定义/src/client/ioctl.h
//https://github.com/ceph/ceph/blob/d038e1da7a6c9b31ba4463b8ebedb9908981a55e/src/client/ioctl.h#L46
#define CEPH_IOC_GET_DATALOC _IOWR(CEPH_IOCTL_MAGIC, 3, \
struct ceph_ioctl_dataloc)
//fuse 代码跟踪, 发现只支持layout
//https://github.com/ceph/ceph/blob/d038e1da7a6c9b31ba4463b8ebedb9908981a55e/src/client/fuse_ll.cc#L631
static void fuse_ll_ioctl(fuse_req_t req, fuse_ino_t ino, int cmd, void *arg, struct fuse_file_info *fi,
unsigned flags, const void *in_buf, size_t in_bufsz, size_t out_bufsz)
{
CephFuse::Handle *cfuse = fuse_ll_req_prepare(req);
if (flags & FUSE_IOCTL_COMPAT) {
fuse_reply_err(req, ENOSYS);
return;
}
switch (static_cast<unsigned>(cmd)) {
case CEPH_IOC_GET_LAYOUT: {
file_layout_t layout;
struct ceph_ioctl_layout l;
Fh *fh = (Fh*)fi->fh;
cfuse->client->ll_file_layout(fh, &layout);
l.stripe_unit = layout.stripe_unit;
l.stripe_count = layout.stripe_count;
l.object_size = layout.object_size;
l.data_pool = layout.pool_id;
fuse_reply_ioctl(req, 0, &l, sizeof(struct ceph_ioctl_layout));
}
break;
default:
fuse_reply_err(req, EINVAL);
}
}
//kernel cephfs代码, 支持layout, 支持dataloc
// /usr/src/debug/kernel-3.10.0-693.17.1.el7/linux-3.10.0-693.17.1.el7.x86_64/fs/ceph/ioctl.c
long ceph_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
dout("ioctl file %p cmd %u arg %lu\n", file, cmd, arg);
switch (cmd) {
case CEPH_IOC_GET_LAYOUT:
return ceph_ioctl_get_layout(file, (void __user *)arg);
case CEPH_IOC_SET_LAYOUT:
return ceph_ioctl_set_layout(file, (void __user *)arg);
case CEPH_IOC_SET_LAYOUT_POLICY:
return ceph_ioctl_set_layout_policy(file, (void __user *)arg);
case CEPH_IOC_GET_DATALOC:
return ceph_ioctl_get_dataloc(file, (void __user *)arg);
case CEPH_IOC_LAZYIO:
return ceph_ioctl_lazyio(file);
case CEPH_IOC_SYNCIO:
return ceph_ioctl_syncio(file);
}
return -ENOTTY;
}
static long ceph_ioctl_get_dataloc(struct file *file, void __user *arg)
{
...
r = ceph_calc_file_object_mapping(&ci->i_layout, dl.file_offset, len,
&dl.object_no, &dl.object_offset,
&olen);
if (r < 0) {
up_read(&osdc->lock);
return -EIO;
}
dl.file_offset -= dl.object_offset;
dl.object_size = ceph_file_layout_object_size(ci->i_layout);
dl.block_size = ceph_file_layout_su(ci->i_layout);
/* block_offset = object_offset % block_size */
tmp = dl.object_offset;
dl.block_offset = do_div(tmp, dl.block_size);
snprintf(dl.object_name, sizeof(dl.object_name), "%llx.%08llx",
ceph_ino(inode), dl.object_no);
...
4.1.2 Luminous版本
Luminous版本里，没有src/cephfs.cc文件, 发现test_ioctls.c 其实有相关的测试代码。
https://github.com/ceph/ceph/blob/master/src/client/test_ioctls.c
/src/client/test_ioctls.c
int main(int argc, char **argv)
{
...
fd = open(fn, O_CREAT|O_RDWR, 0644);
if (fd < 0) {
perror("couldn't open file");
return 1;
}
/* get layout */
err = ioctl(fd, CEPH_IOC_GET_LAYOUT, (unsigned long)&l);
if (err < 0) {
perror("ioctl IOC_GET_LAYOUT error");
return 1;
}
printf("layout:\n stripe_unit %lld\n stripe_count %lld\n object_size %lld\n data_pool %lld\n",
(long long)l.stripe_unit, (long long)l.stripe_count, (long long)l.object_size, (long long)l.data_pool);
/* dataloc */
dl.file_offset = atoll(argv[2]);
err = ioctl(fd, CEPH_IOC_GET_DATALOC, (unsigned long)&dl);
if (err < 0) {
perror("ioctl IOC_GET_DATALOC error");
return 1;
}
printf("dataloc:\n");
printf(" file_offset %lld (of object start)\n", (long long)dl.file_offset);
printf(" object '%s'\n object_offset %lld\n object_size %lld object_no %lld\n",
dl.object_name, (long long)dl.object_offset, (long long)dl.object_size, (long long)dl.object_no);
printf(" block_offset %lld\n block_size %lld\n",
(long long)dl.block_offset, (long long)dl.block_size);
...
4.2 总结
- 目前只有kernel版本支持CEPH_IOC_GET_DATALOC
- 根据文件以及offset可以获取对应的object信息。 目前只支持内核kernel版本。
4.3 获取这个对象offset对应行的信息
问题点：
- 一行数据可能会拆分为两个对象
- 一行数据结尾符是否存在\n
- 一行数据超大等问题
解决方案：
- 用户给的offset属于这一行的开头， 只需要读取当前读取数据是否存在\n。
a. 如果存在\n证明该行，属于完整的行。
b. 否则不存在\n证明该行，被拆分为两个对象，读取当前offset对应的object 信息以及下一个对象的信息，直到遇到\n结束，然后合并两个对象读取的数据为完整的行。 - 超大行或者不存在结尾符\n 自动截取1024字节数。
4.4 通过librados库，读取object的信息
/* Declare the cluster handle and required arguments. */
int err;
char cluster_name[] = "ceph";
char user_name[] = "client.admin";
uint64_t flags = 0;
rados_t cluster;
rados_ioctx_t io;
rados_completion_t comp;
/* Initialize the cluster handle with the "ceph" cluster name and the "client.admin" user */
err = rados_create2(&cluster, cluster_name, user_name, flags);
if (err < 0) {
fprintf(stderr, "error: couldn't create the cluster handle poolname=[%s] object_name=[%s] offset=[%d] error=[%s]\n",
poolname, object_name, offset, strerror(-err));
return 1;
}
/* Read a Ceph configuration file to configure the cluster handle. */
err = rados_conf_read_file(cluster, "/etc/ceph/ceph.conf");
if (err < 0) {
fprintf(stderr, "error: cannot read config file poolname=[%s] object_name=[%s] offset=[%d] error=[%s]\n",
poolname, object_name, offset, strerror(-err));
return 1;
}
/* Connect to the cluster */
err = rados_connect(cluster);
if (err < 0) {
fprintf(stderr, "error: cannot connect to cluster poolname=[%s] object_name=[%s] offset=[%d] error=[%s]\n",
poolname, object_name, offset, strerror(-err));
return 1;
}
//create io
err = rados_ioctx_create(cluster, poolname, &io);
if (err < 0) {
fprintf(stderr, "error: cannot open rados pool poolname=[%s] object_name=[%s] offset=[%d] error=[%s]\n",
poolname, object_name, offset, strerror(-err));
rados_shutdown(cluster);
return 1;
}
/*
* Read data from the cluster asynchronously.
* First, set up asynchronous I/O completion.
*/
err = rados_aio_create_completion(NULL, NULL, NULL, &comp);
if (err < 0) {
fprintf(stderr, "error: could not create aio completion poolname=[%s] object_name=[%s] offset=[%d] error=[%s]\n",
poolname, object_name, offset, strerror(-err));
rados_ioctx_destroy(io);
rados_shutdown(cluster);
return 1;
}
/* Next, read data using rados_aio_read. */
err = rados_aio_read(io, object_name, comp, line, line_size, offset);
if (err < 0) {
fprintf(stderr, "error: cannot read object poolname=[%s] object_name=[%s] offset=[%d] error=[%s]\n",
poolname, object_name, offset, strerror(-err));
rados_ioctx_destroy(io);
rados_shutdown(cluster);
return 1;
}
/* Wait for the operation to complete */
rados_aio_wait_for_complete(comp);
/* Release the asynchronous I/O complete handle to avoid memory leaks. */
rados_aio_release(comp);
rados_ioctx_destroy(io);
rados_shutdown(cluster);
4.5 项目工具
1. 源码地址
image.png
2. dss_readfile工具
- 根据存储池、文件信息、offset获取对应的信息
//usage: dss_readfile <poolname> <filename> <offset>
./dss_readfile data nginx/logs/access.log.2018110216 1024
3. ngx_cephfs_readline
- 为了提升性能以及用户体验，基于ceph module + librados 开发，充分利用nginx优秀的高并发性能。
//接口
http://127.0.0.1 :8088/v1/dss-cephfs/readfile
//请求body
{
"poolname":"data",
"filename":"/mnt/business.log.2018101708",
"offset":1024
}
//响应body
{
"code":1,
"cost": 50,
"data":"[INFO][2018-10-17T08:59:49.018+0800] xxxxxx"
}
4.7 资料
- https://github.com/ceph/ceph
- https://github.com/lidaohang/cephfs_readline (分布式存储Cephfs读取优化方案)
- https://github.com/lidaohang/ceph_study (学习记录)
作者信息
作者：李航
个人简介： 多年的底层开发经验，在高性能nginx开发和分布式缓存redis cluster有着丰富的经验，目前从事分布式存储Ceph工作。
先后在58同城、汽车之家、优酷土豆集团工作。
目前供职于滴滴基础平台-技术专家岗位，主要负责分布式Ceph系统。
个人主要关注的技术领域：高性能Nginx开发、分布式缓存、分布式存储。
