OSD的状态转化

2023-09-23 21:14:15

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简介

本文基于Luminous版本，分析一下OSD各状态的含义和状态转化关系。OSD的状态类型定义在osd_state_t，共有如下几种状态:

typedef enum {
    STATE_INITIALIZING = 1,
    STATE_PREBOOT,
    STATE_BOOTING,
    STATE_ACTIVE,
    STATE_STOPPING,
    STATE_WAITING_FOR_HEALTHY
} osd_state_t;

对于这些状态，其意义和出现的位置见下表，后文将对每个状态进行详细分析。

状态 意义 位置
STATE_INITIALIZING OSD初始状态；新建OSD对象后，state的默认值。 class OSD
STATE_PREBOOT OSD准备初始化；在OSD::start_boot中发送get_version消息之前设置。 OSD::start_boot
STATE_BOOTING OSD正在初始化，在get_version流程结束后，调用回调在OSD::_send_boot中，发送MOSDBoot消息之后设置。 OSD::_send_boot
STATE_ACTIVE OSD变为active状态。 OSD::_committed_osd_maps
STATE_STOPPING OSD开始关闭。 OSD::shutdown
STATE_WAITING_FOR_HEALTHY OSD等待心跳健康。 OSD::start_waiting_for_healthy

STATE_PREBOOT

STATE_INITIALIZING作为新建OSD对象后的初试状态，STATE_PREBOOT才是真正意义上的初试状态。当执行OSD::start_boot时将OSD状态设置为STATE_PREBOOT。首先梳理一下OSD::start_boot在哪些地方调用：

  • OSD::init
  • OSD::tick ：tick线程对应了OSD中的SafeTimer tick_timer。
  • OSD::ms_handle_connect
  • OSD::_committed_osd_maps

首先分析一下OSD::start_boot的流程，然后再分析一下调用OSD::start_boot的逻辑。

OSD::start_boot

当OSD初始化时，调用OSD::start_boot进入boot流程。函数具体流程为：

  • 处理如果OSD不处于健康的状态的情况，详情参考后文STATE_WAITING_FOR_HEALTHY。
  • 通过monclient向mon发送get_version的消息，获取OSDMap的版本信息，完成后执行回调函数OSD::_got_mon_epochs。
  • OSD::_got_mon_epochs调用了OSD::_preboot。

    • 调用OSD::heartbeat ，目的是确认容量状态，不会让一个已经标记了full状态的down osd进入boot流程。关于心跳检测可以参考我另外一片blog。​

    • OSDMap相关的检测：

      • epoch是否为0
      • OSD是否有CEPH_OSDMAP_NOUP标记，有该标记的OSD不能进入up状态。
      • 版本相关信息
      • 判断full信息是否需要更新（通过实际状态和OSDMap中的记录对比），需要的话想mon发送MOSDFull消息。
      • 版本检查通过进入OSD::_send_boot。

    • 如果没有成功进入OSD::_send_boot，调用osdmap_subscribe对OSDMap进行更新，之前只获取了版本号相关的信息。

Q：更新了OSDMap之后呢？
A：在OSD::tick线程中会重新调用OSD::start_boot

OSD的状态转化

在OSD::init中调用

OSD::init是OSD启动流程中最主要的函数，在末尾部分会调用**OSD::start_boot**，可以参考我的另一篇blog，这里不做赘述。

在OSD::tick中调用

OSD::tick函数的具体流程为：

  • 如果是STATE_ACTIVE或者STATE_WAITING_FOR_HEALTHY，调用OSD::maybe_update_heartbeat_peers更新heartbeat peer。
  • 如果是STATE_PREBOOT或者STATE_WAITING_FOR_HEALTHY，调用**OSD::start_boot**。
  • 调用OSD::do_waiters对finished中的op进行dispatch。相关内容可以参考我的另一篇blog。

在OSD::ms_handle_connect中调用

OSD::ms_handle_connect作为一个继承Dispatcher需要复写的函数，调用时机为：

  • 连接刚建立
  • 连接重新连接

即别的通信组件和OSD刚建立连接或者重连的时候，这两种情况也需要调用**OSD::start_boot**，使OSD进入Boot流程。具体的逻辑为：

  • 如果OSD处于STATE_PREBOOT状态将调用**OSD::start_boot**。
  • 如果OSD处于STATE_BOOTING状态说明正在boot的过程中，此时调用OSD::_send_boot。

在OSD::_committed_osd_maps中调用

在OSD::_dispatch中收到OSDMap类型的消息时调用OSD::handle_osd_map，将OSDMap本地化事物生成后会注册两个回调：

store->queue_transaction(
    service.meta_osr.get(),
    std::move(t),
    new C_OnMapApply(&service, pinned_maps, last),
    new C_OnMapCommit(this, start, last, m), 0);

在queue_transaction完成后会调用这两个回调类中的finish函数：

  • 前者调用OSDService::clear_map_bl_cache_pins清理map_bl_inc_cache和map_bl_cache的缓存。关于这两个缓存可以查看另一篇blog关于OSDMap处理部分。
  • 后者调用OSD::_committed_osd_maps做新OSDMap相关的处理。

了解了OSD::_committed_osd_maps的调用时机，该函数主要进行了三个判断：

  • OSD需不需要关闭
  • OSD需不需要重启
  • 是否有网络错误

这里受限于篇幅原因，只分析和OSD::start_boot相关的内容。

if (do_shutdown) {
    ...
  }
  else if (m->newest_map && m->newest_map > last) {
    ...
  }
  else if (is_preboot()) {
    if (m->get_source().is_mon())
      _preboot(m->oldest_map, m->newest_map);
    else
      start_boot();
  }
  else if (do_restart)
    start_boot();

可以看出

  • 如果OSD不需要关闭且在STATE_PREBOOT状态。
    • 如果该OSDMap消息是来自mon，则进入OSD::_preboot函数。因为已经有了来自mon的最新OSDMap，无需通过上述的get_version去获取OSDMap epoch，直接进入OSD::_preboot函数。
    • 如果该OSDMap消息是来自osd，则进入OSD::start_boot。
  • 如果OSD需要重启，也进入OSD::start_boot。

STATE_BOOTING

在OSD::_send_boot中设置STATE_BOOTING状态，接上文的OSD::start_boot之后。主要功能为：

  • 获取各类addr，为下一步做准备。
  • 向mon发送MOSDBoot消息。

STATE_STOPPING

在OSD::shutdown中设置STATE_STOPPING状态，表明OSD处于正在关闭的状态。
在OSDService中还有几个和关闭相关的状态：主要是和OSDService的关闭状态有关。

enum {
    NOT_STOPPING,
    PREPARING_TO_STOP,
    STOPPING 
};
  • NOT_STOPPING为默认值
  • 在OSDService::prepare_to_stop向mon发送MOSDMarkMeDown类型的消息（要求ack）：
    • 在发送之前设置为PREPARING_TO_STOP状态。
    • 发送之后且is_stopping_cond Signal后（在OSDService::got_stop_ack中收到ack回复后）设置为STOPPING状态。

Q：OSDService::prepare_to_stop何时调用？
A：在L版中是在OSD::shutdown中，主要作用是给mon发消息。
Q：在日志中怎么搜索这种情况？
A：搜索【telling mon we are shutting down】
Q：这些状态和OSD的的STATE_STOPPING有什么关系？
A：这三个状态主要用来维护OSDService发送消息的流程，和OSD状态没有太大关系。
Q：为什么关闭后要给mon发送消息？
A：需要判断能否mark down，修改OSDMap等工作。详细可以查看OSDMonitor::preprocess_mark_me_down和OSDMonitor::prepare_mark_me_down。关于Mon的消息处理和同步可以参考我另外一篇blog。

STATE_ACTIVE

STATE_ACTIVE表明OSD变为active状态。具体代码在OSD::_committed_osd_maps中：

epoch_t _bind_epoch = service.get_bind_epoch();
// OSDMap中本OSD为up
  if (osdmap->is_up(whoami) &&
// OSD为新起的OSD
    osdmap->get_addr(whoami) == client_messenger->get_myaddr() &&
    _bind_epoch < osdmap->get_up_from(whoami)) {

  if (is_booting()) {
    dout(1) << "state: booting -> active" << dendl;
      // 设置状态
    set_state(STATE_ACTIVE);

    // set incarnation so that osd_reqid_t's we generate for our
    // objecter requests are unique across restarts.
    service.objecter->set_client_incarnation(osdmap->get_epoch());
  }
}

STATE_WAITING_FOR_HEALTHY

STATE_WAITING_FOR_HEALTHY状态的含义为等待心跳健康的阶段，在OSD::start_waiting_for_healthy中设置，关于心跳检测可以参考我的另外一篇blog。
如何定义健康？在OSD::start_boot中对是否健康进行了判断，如果在OSD boot的过程中还处于不健康的状态，不进行boot后续操作。

if (!_is_healthy()) {
    // if we are not healthy, do not mark ourselves up (yet)
    dout(1) << "not healthy; waiting to boot" << dendl;
    if (!is_waiting_for_healthy())
      start_waiting_for_healthy();
    // send pings sooner rather than later
    heartbeat_kick();
    return;
  }

可以看到判断的关键在OSD::_is_healthy 函数，在该函数中有两个判断点：

  • 通过HeartbeatMap::_check检查所有心跳线程是否超时。
  • 检查所有的Heartbeat_peers成员是否健康，如果满足一下任意一个条件则为不健康：
    • 没有收到心跳前peer或后peer的回复。
    • ping_history不为空（说明不是没有发送ping消息或者已经接受了所有回复的情况）且现在的时间now已经大于ping_history的oldest_deadline时间。

总结

OSD的状态变化和PG相比相对来说比较简单，本文着重分析了流程和主要函数，理解状态变化对理解OSD是至关重要的。

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