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分类： 服务器与存储
2012-05-17 17:04:36
Nameserver(NS)是TFS的总控节，NS的主要职责包括为写分配block、为读查找block、管理block与dataserver对应关系、管理dataserver、备NS状态，执行后台复制、均衡、压缩任务，以保证整个集群良好的工作。
Block分配
NS接收到客户端的写请求，会分配一个可写的block，如果没有可写block，则会创建一个新的block，每个block由一个id标识（uint32_t，后续会将该值提升至uint64_t），blockid不能重复，且不复用，新创建的block，在当前id的基础上递增，产生新的blockid。
为了保证产生不重复的blockid，必须将blockid当前的值进行持久化，NS在启动时加载这个值，才能知道下一个block id如何分配；唯一能保证完全不重复的方式是，每次blockid增加的时候，都进行持久化操作，但由于NS上的并发请求较多，并且NS上的其他元数据都是全内存化的，在每次创建block时都持久化blockid，对正常服务的影响较大。
目前采取的解决方法是，记录blockid递增的次数，当次数达到某个阈值（比如100）时，对blockid进行持久化。这样做的问题时，下次再启动，如果上次结束时最新的blockid还未持久化，则会出现重复的blockid，解决的方法是在启动加载blockid后，直接往后跳100，这样就能保证每次生成的blockid不重复，同时不会对NS的服务性能产生大的影响。
Block与Dataserver关系的管理
每个dataserver(DS)上可以拥有很多个block，每个block可以存在于多个DS（决定于配置的副本数），当新创建一个block时，NS会选择多个位置安全的DS，并在这些DS上创建block， block创建成功后，建立block到这多个DS的对应关系。
每个DS包含三个block列表
每个block包含一个server列表
每次写请求到达时，NS会从hold master列表中选择一个目标block，返回给客户端用于写，hold master列表中block个数会维持在一个数值内，这样做的好处是，每次先把一批block写满，再写下一批，而不是把数据分配到所有的block上，减少了维护block的元数据。当hold master中的block个数不足时，会从writable中提升一批到hold master，如果writable里没有可用的，则需新创建一批，以保证能随时满足写请求服务。
DS及备NS管理
NS需要管理所有DS的状态，同时NS为了主备容灾，还需要维护备NS的状态。
DS启动后，会周期性的给主备NS（在配置文件中指定）发送心跳信息，NS超过阈值时间（没有收到DS的心跳就认为DS挂掉，将DS添加到dead server列表，当有新的DS心跳时，NS会先检查新的DS在不在dead server列表中，如果在则从该列表中移除。dead server中的DS存在超过一段时间如240s，则认为这个server已经彻底死掉，这个server上的block的副本数需要增加，将这些block加入到复制任务中。google的研究表明，90%以上的机器故障在15min钟内能恢复，故在故障时不必立即对block进行复制，可以等一段时间，具体等多久可根据系统的副本数确定。
NS在启动时，会根据自己是否拥有vip来判断自己的身份，备NS在启动时，会主动向主NS发送login信息，NS为其分配一个租约，随后备NS会一直续约，只要备NS的租约有效，主NS会将一些操作同步个备NS，这些操作主要包括创建block、删除block、block复制及迁移等。
主备NS间同步主要是考虑到，当主NS挂掉时，NS服务会通过HA切换到备NS，备NS只包含各个DS刚启动时的block信息，而随着系统的运行，各个DS都相应发生了block创建、删除、复制、迁移等操作，也就是说，备NS上的block信息是过期的、不完整的。一种处理方式是在服务切到备NS时，让所有的DS重新汇报一次block，但汇报block是个漫长的过程，在block汇报完前，备NS服务是不可用的。通过将主NS的block创建等操作同步到备NS，备NS的block信息就基本接近主NS（可能有些操作未来得及同步），备NS接管后，能立即正常服务。
任务管理
Nameserver还负责协调整个集群的工作，执行一些后台任务，以保证整个集群良好的工作，主要包括以下几种类型。
复制任务：当有DS挂掉时，该DS上的block都会丢失，导致这些block的副本数下降，如果不及时增加副本，则再出现其他DS故障时，可能导致某些block永久丢失；复制任务及时发现这些副本数少于配置值的block，将其复制到合适的DS，保证数据的可靠性。当有DS宕机时，会触发复制任务，复制任务在4个任务中优先级最高，另外2个副本的block比丢失一个副本的block优先级更高，DS收到NS的任务请求时，应尽快处理优先级高的任务。
均衡任务：当某些DS负载较高时，如磁盘空间使用率太高，或整体工作负载较高等，这时就需要将该DS上的部分block转移到负载较轻的DS上。均衡任务将DS按照所有DS负载的平均值分成两堆，对超过平均值一定范围（可配置）的DS中选择迁移源，从低于平均值一定范围的的DS中选择迁移目标。当创建均衡时，没有限制每个DS上均衡任务数，这样可能导致在一次创建过程中，很多DS的均衡任务并没有被创建。另外在DS上选择block时，应该尽量选择存储数据较多的block（最近出现空block被迁移的情况）。
压缩任务：当某些block上文件删除很多时，block上就会出现很多空洞，但这些空间在没有回收前是不能被使用的，压缩任务用于回收这些block上已删除文件占用的空间。压缩任务目前由NS发起，后期考虑把压缩任务都移到DS上。
删除任务：当某些block的副本数超出配置值时，需要删除掉多余的副本，以节省存储空间。
Nameserver在启动时，会启动任务创建线程和任务执行线程。前者周期性的检查server、block的状态，并依次创建上述4种任务，并将创建的任务添加到任务队列中；后者则从任务队列中取去任务，并将任务发送到相应的DS并执行。
