OSD启动流程分析

2023-09-23 21:14:09

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简介

OSD作为Ceph的核心组件，承担着数据的存储，复制，恢复等功能。本文基于Luminous版本通浅析OSD的初始化流程，了解OSD的主要功能、主要数据结构和其他组件的配合情况等。OSD守护进程的启动流程在ceph_osd.cc中的主函数中，具体和OSD相关的初始化主要集中在下面几个函数：

  • int OSD::pre_init()
  • int OSD::init()
  • void OSD::final_init()

后文对这三个函数的主要流程进行分析。

pre_init

pre_init在OSD实例被创建后调用，主要的目的有两个：

  • 通过test_mount_in_use检查OSD路径是否已经被使用。如果已经被使用，返回-EBUSY。
  • 如果组件需要使用动态参数变更的机制，需要继承md_config_t，并通过add_observer加入被观察的key，当这个key的value发生改变时，可以及时观测到。
cct->_conf->add_observer(this);

init

在pre_init后进入init流程，init作为初始化的主要函数，涉及点比较多。主要从如下三个方面入手：

  • 主要流程
  • 对OSDMap的处理
  • 对pg的处理

主要流程

  • 对OSD和OSDServer的SafeTimer进行初始化，SafeTimer主要用于周期性执行tick线程；后面通过add_event_after启动tick线程。
tick_timer.init();
tick_timer_without_osd_lock.init();
service.recovery_request_timer.init();
service.recovery_sleep_timer.init();
  • 进行store层的mount接口进行挂载。
  • 通过getloadavg获取负载信息，在scrub中需要检测是否负载超出限制。
  • 对长对象名称的处理，通过构造name和key达到上限值的对象，调用validate_hobject_key进行测试。
  • 通过OSD::read_superblock读取元数据，decode到osd对应的superblock成员。
  • 通过osd_compat进行一些特性方面的检查。
  • 确认snap mapper对象是否存在，不存在的话新建。snap mapper对象保存了对象和对象快照信息。**
  • 确认disk perf和net perf对象的存在，不存在的话新建。disk perf和net perf对象保存了磁盘和网络相关的信息。
  • 初始化ClassHandler，用来管理动态链接库。
  • 通过get_map获取superblock记录的epoch对应的OSDMap。具体分析见后文【对OSDMap的处理】。
  • 通过OSD::check_osdmap_features检查获取到的OSDMap的特性。
  • 通过OSD::create_recoverystate_perf创建recovery的pref，然后加入perfcounters_collection中，用来追踪recovery阶段的性能。
  • 通过OSD::clear_temp_objects 遍历所有pg的object，清除OSD down之前的曾经的临时对象。
  • 在sharded wq中初始化OSDMap的引用。sharded wq是线程池osd_op_tp对应的工作队列，内含多个shard对应一组线程负责一个pg。
  • 加载OSD上已有的pg，具体分析见后文【对pg的处理】。
  • pref相关 OSD::create_logger。
  • 将OSD加入client_messenger和cluster_messenger。前者负责集群外通信，后者负责集群内通信。任何组件想要通讯都需要继承Dispatcher，加入messenger中并复写相关函数。
client_messenger->add_dispatcher_head(this);
cluster_messenger->add_dispatcher_head(this);
  • 将心跳Dispatcher加入到心跳messenger中，这些messenger对应的群内外的前后心跳。
hb_front_client_messenger->add_dispatcher_head(&heartbeat_dispatcher);
hb_back_client_messenger->add_dispatcher_head(&heartbeat_dispatcher);
hb_front_server_messenger->add_dispatcher_head(&heartbeat_dispatcher);
hb_back_server_messenger->add_dispatcher_head(&heartbeat_dispatcher);
  • 将objecter加入到objecter_messenger。
  • 通过MonClient::init初始化monclient，任何和monitor的通讯需要monclient。
  • 初始化mgrclient，并加入client_messenger中。
mgrc.init();
client_messenger->add_dispatcher_head(&mgrc);
  • 设置logclient，logclient和monitor交互，保证了节点间日志的一致性。
monc->set_log_client(&log_client);
update_log_config();
  • 初始化OSDService，设置OSDMap和superblock等成员。在OSDservice的初始化过程中，初始化或开启了一些timer和finisher。
service.init();
service.publish_map(osdmap);
service.publish_superblock(superblock);
service.max_oldest_map = superblock.oldest_map;
  • 开启一些线程池，并通过OSD::set_disk_tp_priority设置线程池优先级。
peering_tp.start();
osd_op_tp.start();
remove_tp.start();
recovery_tp.start();
command_tp.start();

set_disk_tp_priority();
  • 通过heartbeat_thread.create()开启心跳。
  • 通过调用MonClient::authenticate进行monclient的鉴权。
  • 在OSD启动后，之前的crush可能需要更新。
    • 通过OSD::update_crush_device_class更新设备类型，该功能在Luminous中引入，可以区分osd是hdd/ssd。读取osd挂载目录的crush_device_class来决定设备类型，没有读取到读默认值，调用mon命令进行应用。
    • 通过OSD::update_crush_location()更新crush。更新OSD的weight和location，调用mon命令来创建或者移动bucket。
  • 通过调用OSDService::final_init()开启objecter。
  • 调用OSD::consume_map()。距离分析可以参考另外一篇blog。
  • 发送一些MMonSubscribe类型的消息。
monc->sub_want("osd_pg_creates", last_pg_create_epoch, 0);
monc->sub_want("mgrmap", 0, 0);
monc->renew_subs();
  • 调用OSD::start_boot进入boot流程，关于OSD的boot和状态转化，可以参考另一篇blog。

对OSDMap的处理

在初始化过程中，有两个地方进行了OSDMap的获取：

  • 获取superblock记录的epoch对应的OSDMap。
  • 加载pg时获取对应的OSDMap。

获取的调用链为：

OSD::get_map-->OSDService::get_map-->OSDService::try_get_map

OSDMapRef OSDService::try_get_map(epoch_t epoch)
{
  Mutex::Locker l(map_cache_lock);
  OSDMapRef retval = map_cache.lookup(epoch);
  if (retval) {
    dout(30) << "get_map " << epoch << " -cached" << dendl;
    if (logger) {
      logger->inc(l_osd_map_cache_hit);
    }
    return retval;
  }
  ...
  OSDMap *map = new OSDMap;
  if (epoch > 0) {
    dout(20) << "get_map " << epoch << " - loading and decoding " << map << dendl;
    bufferlist bl;
    if (!_get_map_bl(epoch, bl) || bl.length() == 0) {
      derr << "failed to load OSD map for epoch " << epoch << ", got " << bl.length() << " bytes" << dendl;
      delete map;
      return OSDMapRef();
    }
    map->decode(bl);
  } else {
    dout(20) << "get_map " << epoch << " - return initial " << map << dendl;
  }
  // 加入map_cache缓存
  return _add_map(map);
}
  • 在try_get_map中使用了map_cache_lock保护，该所用于保护从cache中获取map的一致性。
  • 首先从map_cache中查找，如果未找到再通过OSDService::_get_map_bl将map从map_bl_cache（和前面的MapCache不同）中读取或从磁盘中读取并加入到缓存中。
bool OSDService::_get_map_bl(epoch_t e, bufferlist& bl)
{
  // * 先检查一下cache中有没有
  bool found = map_bl_cache.lookup(e, &bl);
  if (found) {
    if (logger)
      logger->inc(l_osd_map_bl_cache_hit);
    return true;
  }
  if (logger)
    logger->inc(l_osd_map_bl_cache_miss);
  found = store->read(coll_t::meta(),
		      OSD::get_osdmap_pobject_name(e), 0, 0, bl,
		      CEPH_OSD_OP_FLAG_FADVISE_WILLNEED) >= 0;
  // * 加入map_cache_bl缓存
  if (found) {
    _add_map_bl(e, bl);
  }
  return found;
}

对pg的处理

前文提到。调用OSD::load_pgs对OSD上已有的pg进行加载：

  • 通过store层的list_collections从硬盘中读取PG（current目录下），并遍历。
  • 在**OSD::load_pgs**中有一个优化点，可以通过多线程来加速加载。 
for (vector<coll_t>::iterator it = ls.begin();
         it != ls.end();
         ++it) {
      spg_t pgid;
      //对PGTemp和需要清理的pg进行清理
      //recursive_remove_collection函数主要进行了一下几个删除步骤
      // 1. 遍历PG对应的Objects，删除对应的Snap
      // 2. 遍历PG对应的Objects，删除Object
      // 3. 删除PG对应的coll_t
      if (it->is_temp(&pgid) ||
         (it->is_pg(&pgid) && PG::_has_removal_flag(store, pgid))) {
        dout(10) << "load_pgs " << *it << " clearing temp" << dendl;
        recursive_remove_collection(cct, store, pgid, *it);
        continue;
      }
      ...
      // 获取OSD Down前最后的pg对应的OSDMap epoch
      epoch_t map_epoch = 0;
      // 从Omap对象中获取
      int r = PG::peek_map_epoch(store, pgid, &map_epoch);
      ...
       
      if (map_epoch > 0) {
        OSDMapRef pgosdmap = service.try_get_map(map_epoch);
        ...
        //如果获取到了PG对应的OSMap
        pg = _open_lock_pg(pgosdmap, pgid);
      } else {
        //如果没有，就用之前获取的OSDMap
        pg = _open_lock_pg(osdmap, pgid);
      }
      ...
      //读取pg状态和pg log
      pg->read_state(store);
    
      //pg不存在？判断依据是info的history中created_epoch为0
      if (pg->dne()) {
        // 删除pg相关操作
        ...
      }
    ...
    PG::RecoveryCtx rctx(0, 0, 0, 0, 0, 0);
    // 进入Reset状态
    pg->handle_loaded(&rctx);
}

Q：PG为什么会不存在？
A：可能是在加载的过程中防止PG被移除

  • 上述代码中，获取了OSD上pg对应的OSDMap后执行了_open_lock_pg，这一步获取了PG对象且对对象进行了加锁，下面来分析一下代码。
PG *OSD::_open_lock_pg(
  OSDMapRef createmap,
  spg_t pgid, bool no_lockdep_check)
{
  assert(osd_lock.is_locked());
  //构造PG
  PG* pg = _make_pg(createmap, pgid);
  {
    //读取PGMap的写锁，因为要修改PGMap
    RWLock::WLocker l(pg_map_lock);
    // PG上锁
    pg->lock(no_lockdep_check);
    pg_map[pgid] = pg;
    // PG的引用计数+1
    pg->get("PGMap");  // because it's in pg_map
    // 维护pg_epochs和pg_epoch结构
    service.pg_add_epoch(pg->info.pgid, createmap->get_epoch());
  }
  return pg;
}

Q：在OSD启动的过程中，已经通过superblock对应的epoch尝试获取了OSDMap，为什么还需要在加载OSD的PG时，获取PG对应的OSDMap？
Q：什么时候应该上PG锁？
A：这里需要拷贝复制，为了保证前后一致性，需要上锁
Q：pg的引用计数什么时候增加？
A：类似只能指针的原理，pg作为等号右边的值，给别的变量拷贝赋值了，引用计数+1

  • 分析一下PG::read_state，主要功能是读取pg log和pg state
void PG::read_state(ObjectStore *store, bufferlist &bl)
{
  // 通过PG::read_info读取PG状态
  // PG的元数据信息保存在一个object的omap中
  // 具体分析过程
  int r = read_info(store, pg_id, coll, bl, info, past_intervals,
		    info_struct_v);
  assert(r >= 0);
  ...
  ostringstream oss;
  pg_log.read_log_and_missing(
    store,
    coll,
    info_struct_v < 8 ? coll_t::meta() : coll,
    ghobject_t(info_struct_v < 8 ? OSD::make_pg_log_oid(pg_id) : pgmeta_oid),
    info,
    force_rebuild_missing,
    oss,
    cct->_conf->osd_ignore_stale_divergent_priors,
    cct->_conf->osd_debug_verify_missing_on_start);
  if (oss.tellp())
    osd->clog->error() << oss.str();

  if (force_rebuild_missing) {
    dout(10) << __func__ << " forced rebuild of missing got "
	     << pg_log.get_missing()
	     << dendl;
  }

  // log any weirdness
  log_weirdness();
}

final_init

在OSD::final_init中注册admin socket命令，这些命令格式为ceph daemon osd.X xxx，比如：

ceph daemon osd.0 dump_disk_perf

总结

了解OSD的启动流程，对理解整个OSD模块很有帮助。在启动流程中基本涵盖了OSD工作流程中的各种组件和结构，因为篇幅所限很多地方没有展开，有些地方也存在一些疑问。希望后续能对内容继续深入，逐个击破。

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