OpenStack对象存储——Swift开源云计算

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OpenStack Object Storage(Swift)是OpenStack开源云计算项目的子项目之一，被称为对象存储，提供了强大的扩展性、冗余和持久性。本文将从架构、原理和实践等几方面讲述Swift。 Swift并不是文件系统或者实时的数据存储系统，它称为对象存储，用于永久类型的静态数据的长期存储，这些数据可以检索、调整，必要时进行更新。最适合存储的数据类型的例子是虚拟机镜像、图片存储、邮件存储和存档备份。因为没有中心单元或主控结点，Swift提供了更强的扩展性、冗余和持久性。Swift前身是Rackspace Cloud Files项目，随着Rackspace加入到OpenStack社区，于2010年7月贡献给OpenStack，作为该开源项目的一部分。Swift目前的最新版本是OpenStack Essex 1.5.1。
　　新浪SAE团队对Swift有将近一年的研究和运营经验。在深入剖析Swift架构和原理、完全掌握Swift源码，并且经过一段时间的测试和运营之后，我们决定将推出基于Swift的SAE Storage服务。目前，已完成开发，并于一个月前开始线上运行，且表现非常出色。因此，下面将分享一下我们在Swift上的一些研究和工作。
　　Swift特性
　　在OpenStack官网中，列举了Swift的20多个特性，其中最引人关注的是以下几点。
　　极高的数据持久性
　　一些朋友经常将数据持久性(Durability)与系统可用性(Availability)两个概念混淆，前者也理解为数据的可靠性，是指数据存储到系统中后，到某一天数据丢失的可能性。例如Amazon S3的数据持久性是11个9，即如果存储1万(4个0)个文件到S3中，1千万(7个0)年之后，可能会丢失其中1个文件。那么Swift能提供多少个9的SLA呢？下文会给出答案。针对Swift在新浪测试环境中的部署，我们从理论上测算过，Swift在5个Zone、5×10个存储节点的环境下，数据复制份是为3，数据持久性的SLA能达到10个9。
　　完全对称的系统架构
　　“对称”意味着Swift中各节点可以完全对等，能极大地降低系统维护成本。
　　无限的可扩展性
　　这里的扩展性分两方面，一是数据存储容量无限可扩展;二是Swift性能(如QPS、吞吐量等)可线性提升。因为Swift是完全对称的架构，扩容只需简单地新增机器，系统会自动完成数据迁移等工作，使各存储节点重新达到平衡状态。
　　无单点故障
　　在互联网业务大规模应用的场景中，存储的单点一直是个难题。例如数据库，一般的HA方法只能做主从，并且“主”一般只有一个;还有一些其他开源存储系统的实现中，元数据信息的存储一直以来是个头痛的地方，一般只能单点存储，而这个单点很容易成为瓶颈，并且一旦这个点出现差异，往往能影响到整个集群，典型的如HDFS。而Swift的元数据存储是完全均匀随机分布的，并且与对象文件存储一样，元数据也会存储多份。整个Swift集群中，也没有一个角色是单点的，并且在架构和设计上保证无单点业务是有效的。
　　简单、可依赖
　　简单体现在架构优美、代码整洁、实现易懂，没有用到一些高深的分布式存储理论，而是很简单的原则。可依赖是指Swift经测试、分析之后，可以放心大胆地将Swift用于最核心的存储业务上，而不用担心Swift捅篓子，因为不管出现任何问题，都能通过日志、阅读代码迅速解决。
　　应用场景
　　Swift提供的服务与Amazon S3相同，适用于许多应用场景。最典型的应用是作为网盘类产品的存储引擎，比如Dropbox背后就是使用Amazon S3作为支撑的。在OpenStack中还可以与镜像服务Glance结合，为其存储镜像文件。另外，由于Swift的无限扩展能力，也非常适合用于存储日志文件和数据备份仓库。
　　Swift架构概述
　　Swift主要有三个组成部分：Proxy Server、Storage Server和Consistency Server。其架构如图1所示，其中Storage和Consistency服务均允许在Storage Node上。Auth认证服务目前已从Swift中剥离出来，使用OpenStack的认证服务Keystone，目的在于实现统一OpenStack各个项目间的认证管理。

　　图1 Swift部署架构
　　主要组件
　　Proxy Server
　　Proxy Server是提供Swift API的服务器进程，负责Swift其余组件间的相互通信。对于每个客户端的请求，它将在Ring中查询Account、Container或Object的位置，并且相应地转发请求。Proxy提供了Rest-full API，并且符合标准的HTTP协议规范，这使得开发者可以快捷构建定制的Client与Swift交互。
　　Storage Server
　　Storage Server提供了磁盘设备上的存储服务。在Swift中有三类存储服务器：Account、Container和Object。其中Container服务器负责处理Object的列表，Container服务器并不知道对象存放位置，只知道指定Container里存的哪些Object。这些Object信息以sqlite数据库文件的形式存储。Container服务器也做一些跟踪统计，例如Object的总数、Container的使用情况。
　　Consistency Servers
　　在磁盘上存储数据并向外提供Rest-ful API并不是难以解决的问题，最主要的问题在于故障处理。Swift的Consistency Servers的目的是查找并解决由数据损坏和硬件故障引起的错误。主要存在三个Server：Auditor、Updater和Replicator。 Auditor运行在每个Swift服务器的后台持续地扫描磁盘来检测对象、Container和账号的完整性。如果发现数据损坏，Auditor就会将该文件移动到隔离区域，然后由Replicator负责用一个完好的拷贝来替代该数据。图2给出了隔离对象的处理流图。 在系统高负荷或者发生故障的情况下，Container或账号中的数据不会被立即更新。如果更新失败，该次更新在本地文件系统上会被加入队列，然后Updaters会继续处理这些失败了的更新工作，其中由Account Updater和Container Updater分别负责Account和Object列表的更新。 Replicator的功能是处理数据的存放位置是否正确并且保持数据的合理拷贝数，它的设计目的是Swift服务器在面临如网络中断或者驱动器故障等临时性故障情况时可以保持系统的一致性。

本文来自ChinaUnix新闻频道，如果查看原文请点：http://news.chinaunix.net/opensource/2012/0713/2276922.shtml