图解Ceph_004_BlueStore事务状态流转

CEPH VERSION: Quincy 17.2.6

  • 事务生命周期
    BlueStore事务状态.png

需要注意,这个状态机是属于一个BlueStore::TransContext的,或者称为BlueStore事务状态机,很多网文将其称为BlueStore状态机,我认为是不妥当的,不够准确易引起误解。

此状态机由上层提交线程、kv_sync_thread、kv_finalize_thread以及BDEV的aio收割线程配合驱动,线程间的切换点,通常存在一个队列,从而形成工作流水线。这种设计,对于IO延迟有一定的损耗,更侧重于整体的吞吐能力。

  • part1: 上层工作线程
    第一个线程是PG层的线程,它们可能是OSD的工作线程。对于BlueStore而言,我将他们称为上层工作线程,其工作流程如下:
    BlueStore线程协作1_上层工作线程.png

工作线程终结点有三个:

  1. 当事务中包含对bdev的aio时,工作线程将aio提交给bdev后结束,不做等待。NVMEDevice例外,它的io提交和io_completion都由工作线程完成。
  2. 当前事务不包含aio(或者是NVMEDevice回调令当前事务处于STATE_IO_DONE),但同pg的前序aio尚未达到STATE_IO_DONE,则事务驻留在osr中,线程不做等待即返回。
  3. 当前事务不包含aio(或者是NVMEDevice回调令当前事务处于STATE_IO_DONE),同pg的前序aio也都至少达到了STATE_IO_DONE状态,那么会将osr中本事务以及前序所有的STATE_IO_DONE状态事务依先后顺序提交至kv_queue。若打开了bluestore_sync_submit_transaction这个配置项,还会将这些事务向DB提交(非sync提交),未向DB提交的事务,还会被放入kv_queue_unsubmitted

综上,工作线程结束时,当前的事务可能处于bdev的aio队列、Collection的osr队列、kv_queue队列和kv_queue_unsubmitted队列中。

工作线程总是尽可能在不阻塞的情况下完成更多的事情,并不急于切换线程。即使打开了
bluestore_sync_submit_transaction配置,工作线程也只是向DB做非sync的提交,这可以避免rocksdb底层发生fsync操作,也就尽量避免了阻塞的发生。这样的设计,最大化的节约了线程数量,最小化线程切换开销,也让工作线程尽可能快的结束转而为上层新的IO服务。

工作线程可能的阻塞点还是有的,就是入口处的限流,当限流被触发时,工作线程会陷入条件等待直至有足够的限流配额,这里多个线程是排队等,配额是先到先得。那么当限流触发时,可能阻塞住多个上层工作线程,阻塞就会反馈至OSD层,让上层以更慢的速度下发事务。所以这里的阻塞是合适的,否则上下层速率不匹配,可能导致下层队列严重堆积,增加内存开销同时让系统性能表现不能平滑。

part2:aio收割线程
第二个线程是bdev的aio收割线程,KernelDevice(libaio)和NVMEDevice(spdk)的收割会不太一样,NVMEDevice没有专门的收割线程,它将提交线程和收割线程合二为一,提交线程会循环polling直至Ioc中的io全部完成并执行其io_completion回调。从执行回调开始,各种bdev工作流程类似,都是从各自完成的op获得aio_t结构,通过aio_t->priv指针获得IOContext ioc,再从ioc->priv 获得txc(前文有描述aio_t相关结构),然后执行bdev对象创建时注册的回调函数aio_cb,来继续驱动事务状态流转

BlueStore线程协作1_aio收割线程.png

同样的,aio收割线程也是不阻塞的执行。事务最后的归宿剩下两个地方:osr队列或者kv_queue 和kv_queue_unsubmitted。osr队列中的事务终将被上层工作线程或者aio收割线程给冲刷到kv_queue和kv_queue_unsubmitted中。那么,接下来的接盘侠就是kv_sync_thread了,它又做了些什么事情呢?

  • part3:kv_sync_thread
    第三个线程,BlueStore的kv_sync_thread
    BlueStore线程协作3_kv_sync线程.png

经过kv_sync_thread处理以后,kv事务被提交,txc状态被置为STATE_KV_SUBMITTED,这些txc被集中到kv_committing_to_finalize队列,等待kv_finalize线程处理;deferred_done的事务在经过bdev->flush()或者db->submit_transaction_sync(synct)操作后,变成deferred_stable,它们被集中到deferred_stable_to_finalize,等待kv_finalize线程处理。

  • part4:kv_finalize_thread
    第四个线程,BlueStore的kv_finalize_thread
    BlueStore线程协作4_kv_finalize线程.png

简单总结,kv_finalize_thread处理kv_committing_to_finalize队列,对于其中没有deferred_txn的事务,执行清理流程,对于有deferred_txn的事务,将其排队到对应osr的deferred_pending(这是一个DeferredBatch),并在有足够的积压且无deferred_running的时机,做一次deferred_pending的合并提交(aio_submit)。两种情况下,都会将txc的oncommits回调交给Finisher线程的队列,Finisher可以执行回调来通知客户端了。

对于deferred_stable队列的处理就比较简单,走Finish流程做对象析构即可。

需要注意的是,DeferredBatch是另一种AioContext,它的aio_finish流程不同于TransContext(txc),DeferredBatch的aio_finish也是被bdev的aio收割线程来执行的,其过程较为简单,将对应的txc投入到deferred_done_queue,而后被kv_sync_thread接收处理,进入deferred_stable队列,而后被kv_finalize_thread接着处理完成。

  • part5:Finisher线程
    Finisher不断执行queue中Context的complete函数,具体过程由事务附带的oncommit回调实现来决定。

下一篇继续深入一个重要的细节,设备空间分配和空闲空间管理。

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