CN110989924A - 一种元数据存储性能优化方法及存储服务器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种元数据存储性能优化方法及存储服务器，属于分布式存储技术领域；该方法包括：在存储服务器的SSD硬盘中创建WAL分区，所述WAL分区的个数不少于数据盘的数量；指定每个数据盘中创建的OSD组件的WAL存储使用SSD硬盘中对应的一个WAL分区；数据盘接收写数据请求后，OSD组件访问SSD硬盘以将元数据对应的WAL写入对应的WAL分区中；本发明将WAL文件配置在SSD硬盘上，可以提升OSD元数据的访问速度，提升存储性能；另外，由于WAL文件占用的存储空间较小，SSD硬盘作为系统盘使用，不占用服务器的磁盘槽位，在提升存储性能的情况下，存储服务器的存储密度保持不变，且存储服务器的成本不会增加。

Description

一种元数据存储性能优化方法及存储服务器
技术领域
本发明属于分布式存储技术领域，更具体地，涉及一种元数据存储性能优化方法及存储服务器。
背景技术
Ceph是一个开源的分布式存储软件，它可以将标准的服务器以及服务器本地硬盘组成统一的存储资源池，提供高可靠、高可扩展的存储系统。Ceph最基础的核心组件包括monitor和OSD，Monitor组件负责整个存储集群的管理，OSD主要负责数据的保存，同一份数据会保存多份，保证数据的可靠性。
Ceph的客户端在写入数据时，会对数据按照固定大小进行分片，然后将每个分片数据发送到OSD上，OSD保存数据分为两个部分：数据和元数据，数据是指用户写入的真实数据，这部分直接保存在硬盘上；同时每个分片数据还有一份对应的元数据信息，这部分元数据保存在RocksDB里面，RocksDB的持久化存储一般也使用本地硬盘。
在将元数据保存在本地硬盘的过程中，首先需要在本地硬盘中写入预写式日志(Write Ahead Log，WAL)，WAL主要用于掉电后的数据恢复；然后将元数据写入内存，再将内存中的元数据持久化存储在本地硬盘中；在整个过程中，在本地硬盘中写入WAL的速度直接影响着元数据的写入速度；一般情况下，为了提升元数据的写入速度以及ceph的性能，通常将rocksdb的元数据保存在SSD硬盘上，这样RocksDB在写WAL日志时具有较好的存储性能，但是采用SSD硬盘保存元数据存在以下问题：
1.当使用SSD硬盘时，虽然能够获得比较好的存储性能，但是需要占用服务器的磁盘槽位，如果每台服务器配置1～2块SSD硬盘，必然导致了数据盘的数量减少，这样会降低服务器的存储密度；
2.增加硬件成本，增加SSD硬盘必然带来的硬件成本的增加，同时每台服务器的数据盘数量减少，在同等存储容量的情况下，则需要配置更多的服务器数量，这也带来了成本的增加。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种元数据存储性能优化方法及存储服务器，该方案能够提升ceph元数据的存储性能，同时又不会影响存储服务器的存储密度，也不会额外增加硬件成本。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种元数据存储性能优化方法，该方法包括：
S1：在存储服务器的SSD硬盘中创建WAL分区，所述WAL分区的个数不少于数据盘的数量；
S2：在每个数据盘中创建OSD组件时，指定所述OSD组件的WAL文件存储使用SSD硬盘中对应的一个WAL分区；
S3：数据盘上的OSD组件接收写数据请求后，访问SSD硬盘以将元数据对应的WAL文件写入数据盘对应的WAL分区中。
优选的，上述元数据存储性能优化方法，指定所述OSD组件的WAL文件存储使用SSD硬盘中对应的一个WAL分区具体包括：
在每个WAL分区中创建逻辑分区，指定所述OSD组件的WAL文件存储使用所述WAL分区对应的逻辑分区。
优选的，上述元数据存储性能优化方法，还包括以下步骤：
在每个数据盘中创建OSD组件时，指定所述OSD组件的元数据存储使用数据盘中预先创建的逻辑分区；
数据盘上的OSD组件接收写数据请求后，将元数据写入数据盘的所述逻辑分区中。
优选的，上述元数据存储性能优化方法，将元数据写入数据盘的所述逻辑分区中具体包括：
将所述元数据写入内存的数据结构表，当所述数据结构表写满之后将元数据刷新至数据盘的逻辑分区中。
优选的，上述元数据存储性能优化方法还包括：
先删除数据盘中的OSD，再删除SSD硬盘中所述OSD对应的WAL分区。
优选的，上述元数据存储性能优化方法，将元数据刷新至对应的数据盘时还包括：对所述元数据进行去重和排序。
优选的，上述元数据存储性能优化方法，所述SSD硬盘为存储服务器的系统盘。
按照本发明的另一个方面，还提供了一种存储服务器，该存储服务器包括SSD硬盘和多个数据盘；其中，
所述SSD硬盘中配置有多个WAL分区，所述WAL分区的个数不少于数据盘的数量；
每个所述数据盘中创建的OSD组件的WAL文件存储使用SSD硬盘中对应的一个WAL分区；
当所述数据盘接收写数据请求时，数据盘中的OSD组件访问SSD硬盘以将元数据对应的WAL文件写入数据盘对应的WAL分区中。
优选的，上述存储服务器，所述SSD硬盘中的每一个WAL分区具有对应的逻辑分区，每个数据盘中OSD组件的WAL文件存储使用一个WAL分区对应的逻辑分区。
优选的，上述存储服务器，每个数据盘中创建的OSD组件的元数据存储使用数据盘中预先创建的逻辑分区；
当所述数据盘接收写数据请求时，数据盘中的OSD组件将元数据写入数据盘的所述逻辑分区中。
优选的，上述存储服务器，所述OSD组件还用于将所述元数据写入内存的数据结构表，当所述数据结构表写满之后将元数据刷新至对应的数据盘的逻辑分区中。
优选的，上述存储服务器，所述OSD组件在将元数据刷新至对应的数据盘时还对元数据进行去重和排序。
优选的，上述存储服务器，所述SSD硬盘为存储服务器的系统盘。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的一种元数据存储性能优化方法及存储服务器，在SSD硬盘上创建WAL分区，每个数据盘对应一个WAL分区；数据盘上的OSD组件在处理写入请求时，首先访问SSD硬盘，将WAL文件写入SSD硬盘中对应的WAL分区中；然后将元数据写入数据盘中，WAL文件存储访问SSD硬盘，元数据存储还是使用数据盘，将rocksdb的WAL文件配置在SSD硬盘上，可以提升OSD元数据的访问速度，提升存储性能；另外，由于WAL文件占用的存储空间较小，SSD硬盘作为系统盘使用，不占用服务器的磁盘槽位，在提升存储性能的情况下，存储服务器的存储密度保持不变，且存储服务器的成本不会增加。
(2)本发明提供的一种元数据存储性能优化方法及存储服务器，存储WAL文件的SSD硬盘作为存储服务器的系统盘使用，相比单独的系统盘加上单独的SSD硬盘，当系统盘通过raid1做冗余保护，同时WAL文件也具备raid1的冗余，具有更高的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的元数据存储性能优化方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的SSD硬盘的分区结构示意图；
图3是本发明实施例提供的元数据写入过程的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一
图1是本实施例提供的一种元数据存储性能优化方法的流程图，参见图1所示，该方法包括：
S1：在存储服务器的SSD硬盘中预留存储空间并在所述存储空间内创建WAL分区，所述WAL分区的个数不少于数据盘的数量；
从Rocksdb的写入流程看，在处理写入请求时，需要先写WAL文件，这部分数据要持久化到硬盘，对元数据写入速度的影响最大。但是OSD的元数据信息容量都不大，并且WAL文件是用于故障情况下的数据恢复，所以WAL文件对硬盘的容量需求不大，一般只需要很少的存储空间。因此，本实施例中采用SSD硬盘来存储WAL文件，同时为了不占用数据盘的磁盘槽位，该SSD硬盘同时作为系统盘使用；也就是说，本实施例中，将系统盘配置为小容量的SSD硬盘，由于WAL文件所需的存储空间不大，因此SSD硬盘的容量一般不大于240GB即可。
图2是本实施例提供的SSD硬盘的分区结构示意图；参见图2，在存储服务器安装时，对SSD系统盘进行分区，除了默认的分区外，根据数据盘的数量在系统盘上中预留一部分存储空间，预留空间的大小根据数据盘数量决定；存储服务器的操作系统安装完成后，在存储空间中创建多个WAL分区，WAL分区的个数不少于数据盘的数量，每个数据盘对应一个WAL分区。WAL的分区可以设置的比较小，比如每个WAL分区2GB，按照典型的12盘位、24盘位、36盘位的服务器，WAL分区的总容量只需要24G～72G。
S2：指定每个数据盘中创建的OSD组件的WAL存储使用SSD系统盘中对应一个WAL分区；具体地，在每个WAL分区中创建卷组VG和逻辑分区LV，指定OSD组件的WAL文件存储使用WAL分区对应的逻辑分区；
本实施例中，创建卷组VG和逻辑分区LV使用Linux系统提供的工具，首先创建卷组VG，然后从卷组VG中划分一个逻辑分区LV；
创建WAL卷组：vgcreate ceph-wal-1/dev/sda4
创建WAL逻辑卷：lvcreate-L 2GB-n wal-1ceph-wal-1
此外，在每一个数据盘上创建卷组VG和逻辑分区LV，指定OSD组件的元数据存储使用数据盘上的逻辑分区LV中；
创建数据盘卷组：vgcreate ceph-block-1/dev/sdb
创建数据盘逻辑卷：lvcreate-l 100％FREE-n block-1ceph-block-1
在创建OSD组件时，指定OSD组件的wal存储使用SSD硬盘上一个wal分区对应的逻辑分区，并指定元数据存储使用数据盘上的逻辑分区；本实施例使用ceph的部署工具ceph-volume创建OSD：
创建OSD：ceph-volume lvm create--bluestore--data ceph-block-1/block-1--block.wal ceph-wal-1/wal-1
创建的OSD组件中包含WAL分区和数据盘对应的逻辑分区的配置信息。
S3：数据盘接收写数据请求后，该数据盘中的OSD组件访问SSD系统盘以将元数据对应的WAL文件写入数据盘对应的WAL分区中；并将元数据写入数据盘中；
步骤S2中完成OSD组件创建并分别指定OSD的元数据以及WAL文件的存储地址后，当数据盘接收到客户端的写入请求时，该数据盘上的OSD组件访问SSD系统盘中对应的WAL分区，将元数据对应的WAL文件写入WAL分区对应的逻辑分区中；
一般情况下数据盘都是使用机械硬盘，每个机械硬盘上运行的OSD的数据和元数据(包括WAL)都是保存这个机械硬盘上。由于机械硬盘的存储性能较差，将WAL文件写入机械硬盘需要较长时间，导致存储性能变差；本实施例将WAL的数据放到系统盘的SSD中，元数据的写入性能比使用机械硬盘要高，可以提升OSD元数据的访问速度，提升存储的性能。
WAL文件成功写入之后，OSD组件将元数据写入数据盘上的逻辑分区中，具体地，OSD组件先将元数据写入内存的数据结构表，当数据结构表写满之后再将元数据刷新至对应的数据盘的逻辑分区LV中；
图3是本实施例提供的元数据写入过程的示意图，OSD将元数据保存在Rocksdb里面，Rocksdb是一种嵌入式Key-value数据库，它是基于LSM-Tree思想所设计的。LSM-Tree全称是Log-Structed-Merge-Tree，是一种数据结构思想，它的理论基础是，传统磁盘顺序读写速度比随机读写速度快得多，所以它将随机的读写转换成顺序读写，从而提高读写性能。
参见图3所示，Rocksdb先将WAL文件写入SSD系统盘的WAL分区中，这样可以保证掉电后的数据恢复，本实施例采用的是追加写的模式；WAL文件写入成功后，Rocksdb将元数据写入内存的memtable中，由于是直接写内存，因此写入速度很快；memtable是一种在内存中保存数据的数据结构，在支持读、写、随机访问和顺序扫描时提供了较好的性能；Memtable写入完成后，本次数据库的写操作完成，向客户端返回写成功；Rocksdb定时检查memtable是否写满，如果写满，则将memtable变成immutable，immutable只允许读，等待flush；将immutable的数据刷新到对应的数据盘中进行持久化存储；本实施例中，rocksdb将元数据刷新至数据盘时还对所述元数据进行去重和排序操作。
本实施例中，OSD组件在处理写入请求时，首先访问SSD硬盘，将WAL文件写入SSD硬盘中对应的WAL分区中；然后将元数据写入数据盘中，WAL文件存储访问SSD硬盘，元数据存储还是使用数据盘，将Rocksdb的WAL文件配置在SSD硬盘上，可以提升OSD元数据的访问速度，提升存储性能；另外，由于WAL文件占用的存储空间较小，SSD硬盘作为系统盘使用，不占用服务器的磁盘槽位，在提升存储性能的情况下，存储服务器的存储密度保持不变，且存储服务器的成本不会增加。
此外，将存储WAL文件的SSD硬盘作为系统盘使用，相比单独的系统盘加上单独的SSD硬盘，当系统盘通过raid1做冗余保护，同时WAL文件也具备raid1的冗余，具有更高的可靠性。
在OSD删除时，先删除数据盘中的OSD组件，再删除SSD系统盘中OSD组件对应的WAL分区。
实施例二
本实施例提供了一种存储服务器，该存储服务器包括SSD硬盘和多个数据盘；其中，SSD硬盘中配置有多个WAL分区，该WAL分区的个数不少于数据盘的数量；
每个数据盘中创建的OSD组件的WAL存储被指定使用SSD硬盘中对应的一个WAL分区；
当数据盘接收写数据请求时，数据盘中的OSD组件访问SSD硬盘以将元数据对应的WAL文件写入数据盘对应的WAL分区中。
进一步地，SSD硬盘中的每一个WAL分区具有对应的逻辑分区，每个数据盘中OSD组件的WAL文件存储使用一个WAL分区对应的逻辑分区。
每个数据盘中具有预先创建的逻辑分区，OSD组件的元数据存储使用数据盘中的逻辑分区；
当数据盘接收写数据请求并将WAL文件写入SSD硬盘之后，数据盘中的OSD组件将元数据写入数据盘的逻辑分区中。
本实施例中，在存储服务器安装时，对SSD硬盘进行分区，除了默认的分区外，根据数据盘的数量在系统盘上中预留一部分存储空间，预留空间的大小根据数据盘数量决定；存储服务器的操作系统安装完成后，在存储空间中创建多个WAL分区，WAL分区的个数不少于数据盘的数量，每个数据盘对应一个WAL分区。由于WAL文件占用空间较小，因此WAL的分区可以设置的比较小。
WAL文件成功写入SSD硬盘之后，OSD组件先将元数据写入内存的数据结构表，当数据结构表写满之后再将元数据刷新至对应的数据盘中；在将元数据刷新至对应的数据盘时，OSD组件还对元数据进行去重和排序。
作为本实施例的一个优选示例，上述SSD硬盘作为存储服务器的系统盘使用，相比单独的系统盘加上单独的SSD硬盘，当系统盘通过raid1做冗余保护，同时WAL文件也具备raid1的冗余，具有更高的可靠性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种元数据存储性能优化方法，其特征在于，包括：
在存储服务器的SSD硬盘中创建WAL分区，所述WAL分区的个数不少于数据盘的数量；
在每个数据盘中创建OSD组件时，指定所述OSD组件的WAL文件存储使用SSD硬盘中对应的一个WAL分区；
数据盘上的OSD组件接收写数据请求后，访问SSD硬盘以将元数据对应的WAL文件写入数据盘对应的WAL分区中。
2.如权利要求1所述的元数据存储性能优化方法，其特征在于，指定所述OSD组件的WAL文件存储使用SSD硬盘中对应的一个WAL分区具体包括：
在每个WAL分区中创建逻辑分区，指定所述OSD组件的WAL文件存储使用所述WAL分区对应的逻辑分区。
3.如权利要求1或2所述的元数据存储性能优化方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在每个数据盘中创建OSD组件时，指定所述OSD组件的元数据存储使用数据盘中预先创建的逻辑分区；
数据盘上的OSD组件接收写数据请求后，将元数据写入数据盘的所述逻辑分区中。
4.如权利要求3所述的元数据存储性能优化方法，其特征在于，将元数据写入数据盘的所述逻辑分区中具体包括：
将所述元数据写入内存的数据结构表，当所述数据结构表写满之后将元数据刷新至数据盘的逻辑分区中。
5.如权利要求4所述的元数据存储性能优化方法，其特征在于，将元数据刷新至对应的数据盘时还包括：对所述元数据进行去重和排序。
6.如权利要求1或5所述的元数据存储性能优化方法，其特征在于，所述SSD硬盘为存储服务器的系统盘。
7.一种存储服务器，其特征在于，所述存储服务器包括SSD硬盘和多个数据盘；其中，
所述SSD硬盘中配置有多个WAL分区，所述WAL分区的个数不少于数据盘的数量；
每个所述数据盘中创建的OSD组件的WAL文件存储使用SSD硬盘中对应的一个WAL分区；
当所述数据盘接收写数据请求时，数据盘中的OSD组件访问SSD硬盘以将元数据对应的WAL文件写入数据盘对应的WAL分区中。
8.如权利要求7所述的存储服务器，其特征在于，所述SSD硬盘中的每一个WAL分区具有对应的逻辑分区，每个数据盘中OSD组件的WAL文件存储使用一个WAL分区对应的逻辑分区。
9.如权利要求8所述的存储服务器，其特征在于，每个数据盘具有预先创建的逻辑分区；
当所述数据盘接收写数据请求时，OSD组件将元数据写入该数据盘的所述逻辑分区中。
10.如权利要求7或9所述的存储服务器，其特征在于，所述SSD硬盘为存储服务器的系统盘。
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