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從谷歌 GFS 架構設計聊開去

2020-09-13 03:51:32 資料庫

偉人說:“人多力量大,”

尼古拉斯趙四說:“沒有什么事,是一頓飯解決不了的!!!如果有,那就兩頓,”

研發說:“需求太多,人手不夠,”

專家說:“人手不夠,那就協調資源,攢人頭,”

釋義:一人拾柴火不旺,眾人拾柴火焰高,一人難挑千斤擔,眾人能移萬座山,

運維說:“一臺機器不夠;一個服務扛不住壓力,”

專家說:“一臺機器不夠,那就多申請幾臺;一個服務扛不住壓力,那就多部署幾個,”

釋義:一箭易斷,十箭難折,一根線容易斷,萬根線能拉船,

從事互聯網開發時間久了,參加大大小小的會議,時不時總會討論或爭執類似“人手不夠、機器不夠、服務扛不住”等一類的資源問題,但是到最后解決方案,貌似都是進行資源協調,如果人手不夠,就協調資源攢人頭;如果機器不夠,就協調資源加幾臺;如果一個服務扛不住壓力,那就協調資源多部署幾個,

所有的一切都離不開:攢、加 ... ... ,總之就是考慮如何從 1 到 N ,

拜讀 GFS 的論文,熟讀 N 篇系列文章,靜下來想想 GFS 架構設計,多少都透了著一絲“眾人拾柴火焰高、人多就是力量大”的想法,接下來就一起對 GFS 認識認識,

認識

到底是個啥?GFS 是一個把大量廉價的普通機器,聚在一起,充分讓每臺廉價的機器發揮光和熱,具有高可用、高性能、高可靠、可擴展的分布式檔案系統,

解剖

善于發現美,如上圖所示,GFS 架構的參與角色,主要分為 GFS master(主服務器)、GFS chunkserver(塊存盤服務器)、GFS client(客戶端),

我們姑且認為 GFS master 是古代的皇上,統籌全域,運籌帷幄,主要負責掌控管理所有的檔案系統的元資料,包括檔案和塊的命名空間,從檔案到塊的映射,每個塊所在的節點位置(說白了,要維護哪個檔案存在哪些檔案服務器上的元資料資訊);并且定期通過心跳機制與每一個 GFS chunkserver 通信,向其發送指令并收集其狀態,

我們姑且認為 GFS chunkserver 是宰相,因為宰相肚子里面能撐船,主要提供 chunks 資料塊的存盤服務,以檔案的形式存盤于 chunkserver 上,能夠海納百川,有容乃大,

我們姑且認為 GFS client 是使者,對外提供一套類似傳統檔案系統的 API 介面,對內主要與皇帝通信來獲取元資料;然后直接和宰相互動來進行所有的資料操作,

好奇

背后如何運轉?懵懂 GFS 架構設計的參與角色主要有皇上、諸多宰相、諸多使者構成,但是他們之間是如何協作運轉的呢?

 

我要寫入一個檔案,GFS 架構背后流轉是咋回事?如上圖所示,主要分為 7 大步驟進行,

第一步:GFS client 向 GFS master 查詢待寫入的 chunk 的 GFS chunkserver(宰相)資訊;

釋義:使者請求皇上要發起寫資料操作,皇上會告訴使者找哪幾個宰相去辦理,

第二步:GFS master 回傳 GFS chunkserver 串列,其中回傳的 chunkserver 分為 1 主 2 從;

釋義:皇上告訴使者去找  Primary 主宰相 + AB 兩個從宰相(主宰相有話語權,從宰相聽從主宰相的命令),

第三步:GFS client 將資料發送至 GFS chunkserver,chunkserver 會快取這些資料,此時資料并不落盤;

釋義:使者把資料發送給所有宰相,宰相先把資料快取一下,并不塞到肚子里,

第四步:GFS client 向主 GFS chunkserver 發起同步寫入請求;

釋義:使者告訴 Primary 主宰相可以把資料吞到肚子里了;

第五步:主 GFS chunkserver 將資料寫入本地磁盤并通知其他從 GFS chunkserver 將資料資料落盤;

釋義:Primary 主宰相開始把資料吞到肚子里,并通知 AB 兩個從宰相將資料吞到肚子里;

第六步:主 GFS chunkserver 等待所有從 GFS chunkserver 的資料處理回應;

釋義:Primary 主宰相等待 AB 兩個從宰相資料處理回應結果;

第七步:主 GFS chunkserver 給 GFS 客戶端回傳資料寫入成功回應,

釋義:Primary 主宰相告訴使者本次的資料寫入成功了,

結論:想要誰存找皇上;資料存盤找宰相;1主兩從存三份,

 

我要讀取一個檔案,GFS 架構背后又是怎么流轉的呢?懵懂了寫檔案的運轉流程,那讀檔案的流轉就相對簡單了不少,

第一步:GFS client 從本地快取,看檔案存盤在哪些 chunk-server 上;

使者從自己快取中找找檔案是由哪些宰相負責;

第二步:如果 GFS client 本地快取沒有找到,就向 GFS master 查詢檔案所在位置;

使者從自己快取中找不到檔案是由哪些宰相負責,就請求皇上查詢有哪些宰相負責存盤;

第三步:GFS master 回傳 GFS chunkserver 串列給 GFS client;

皇上回傳存盤檔案的宰相串列給使者;

第四步:從回傳的 chunk-server 里讀檔案,回傳給 GFS client,

使者找離自己最近的宰相發出讀請求,然后宰相內容回傳給使者,

結論:要最快查快取;快取沒有找皇上;資料就找近宰相,

反思

架構這么設計為什么?是不是在耍流氓!

GFS master 為什么是單點?簡單就是美!

GFS chunk 塊大小為什么選擇 64M 呢?

GFS 的高可用、高性能、高可靠是怎么保證的?

最后,再多說兩句,谷哥“三駕馬車”的出現,才真正把我們帶入了大資料時代,而 GFS 作為其中一架寶車,能夠把大量廉價的普通機器,聚在一起,充分讓每臺廉價的機器發揮光和熱,不但降低了運營成本,而且經受了業界實際生產的考驗,本次只是 GFS 管中窺豹,只見得其中一斑,GFS 背后還有很多值得我們學習的地方,慢慢去體會,

好了,如果感覺這篇文章有點意思,請多多分享轉發吧,

 

 

 

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