CN111897496B - 分布式系统中提升网络io读写性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种分布式存储系统的网络IO读写方法，其包括如下步骤：S1：设立事件中心预定义四类消息事件，所述四类消息事件包括FD类事件，定时器类事件，外部事件和轮询事件；S2：工作线程启动，事件中心对消息事件进行格式分类，并基于格式分类结果在消息事件上标记格式基类；所述格式基类包括数据消息，心跳消息，集群消息和回复消息；S3：消息管理器将消息事件分发给消息分发器；S4：消息分发器基于格式基类对消息事件设立优先级队列；S5：基于S4所得优先级队列对消息事件进行管理。本申请能够实现基于角色的事件中心及不同消息类型实现优先级队列管理，并分离单个链接请求和响应，最终降低单个链接的处理延迟。

Description

分布式系统中提升网络IO读写性能的方法
技术领域
本申请属于数据通信技术领域，具体来说涉及一种基于分布式系统的IO读写方法。
背景技术
随着大数据、云计算、物连网以及5G等新技术的发展，电信、互联网、政企、医疗等行业应用的日新月异，带来的海量数据快速增长对传统的存储系统造成诸多挑战。在主流的分布式存储系统中，前端网络和后端网络为了各自集群的硬件通用一致性，通常采用基于TCP/IP的以太网进行数据交换。另外RDMA协议，DPDK协议都是新的数据中心等场景中的解决方案。分布式系统为了解决分布式一致性问题，通常都会采用副本和纠删码的策略，而这就要求客户端与服务端遵循一定的数据复制通信规则。常见的有客户端路由和服务端路由。目前业界主流的基于事件的异步通信架构，遵循“一个线程一个循环”的线程模型，然而分布式存储中由于磁盘IO、网络IO延迟差异以及IO路径长的问题，如果依赖单线程同时处理多个链接的监听、请求、应答，以及消息队列锁机制，会导致单线程各个链接中网络IO消息队列出现缓存。同时网络请求数据包携带大量的数据以及网络响应数据包在组包时频繁临时分配内存，产生几十倍的网络延迟。无法发挥高速以太网卡的性能。因此如何开发出一种新型的基于分布式系统的IO读写方法，能够降低单个链接的处理延迟，使得前端网络及整个后端网路的整体性能线性增长，是本领域技术人员需要研究的方向。
申请内容
本申请的目的是提供一种基于分布式系统的IO读写方法，能够实现基于角色的事件中心及不同消息类型实现优先级队列管理，降低单个链接的处理延迟。
其采用的技术方案如下：
一种分布式存储系统的网络IO读写方法，其包括如下步骤：S1：设立事件中心预定义四类消息事件，所述四类消息事件包括FD类事件，定时器类事件，外部事件和轮询事件；S2：工作线程启动，事件中心对消息事件进行格式分类，并基于格式分类结果在消息事件上标记格式基类；所述格式基类包括数据消息，心跳消息，集群消息和回复消息；S3：消息管理器将消息事件分发给消息分发器；S4：消息分发器基于格式基类对消息事件设立优先级队列；S5：基于S4所得优先级队列对消息事件进行管理。
优选的是，上述分布式存储系统的网络IO读写方法中，步骤S5中基于QOS机制，在DT_m_dispatchers中设计优先级队列。
更优选的是，上述分布式存储系统的网络IO读写方法中，步骤S4包括：S41：读取消息事件上标记的格式基类，若消息事件为数据消息则跳转至S42，若消息事件为心跳消息则跳转至S43，若消息事件为集群消息则跳转至S44，若消息事件为回复消息则跳转至S45；S42：在写管道中启动写工作线程，将消息事件编码后发送至指定消息服务进程，跳转至S5；S43：在写管道中启动写工作线程，将消息事件编码后投递到消息优先级队列并发送外部事件、在下次循环中发送至指定消息服务进程，跳转至S5；S44：在写管道中启动写工作线程，将消息事件编码后投递到消息优先级队列并发送外部事件、在下次循环中发送至指定消息服务进程，跳转至S5；S45：在读管道中启动读工作线程，对消息事件编码后发送至指定客户端服务进程，跳转至S5。
更优选的是，上述分布式存储系统的网络IO读写方法中，步骤S42包括：S421：向注册好的写管道中写入唤醒字符，唤醒写事件或使写工作线程检测到写事件；S422：写工作线程按照指定协议编码对消息事件做编码处理；S423：将编码后的消息通过发送消息接口发到指定消息服务进程。
更优选的是，上述分布式存储系统的网络IO读写方法中，步骤S43包括：S431：向已注册的写管道中写入唤醒字符，唤醒写事件或使写工作线程检测到写事件；S432：写工作线程按照指定协议对消息事件做编码处理，并将编码后的消息投递到消息优先级队列并发送外部事件；S433：在下次循环处理时，写工作线程将S432所得编码后的消息通过发送消息接口发到指定消息服务进程。
更优选的是，上述分布式存储系统的网络IO读写方法中，步骤S44包括：S441：向已注册的写管道中写入唤醒字符，唤醒写事件或使写工作线程检测到写事件；S442：写工作线程按照指定协议对消息事件做编码处理，并将编码后的消息投递到消息优先级队列并发送外部事件；S443：在下次循环处理时，写工作线程将S442所得编码后的消息通过发送消息接口发到指定消息服务进程。
更优选的是，上述分布式存储系统的网络IO读写方法中，步骤S45包括：S451：向已注册的读管道中写入唤醒字符，唤醒读事件或使工作线程检测到读事件；S452：读工作线程按照指定协议对消息事件做编码处理；S453：读工作线程将S452所得编码后的消息通过发送消息接口发到指定客户端服务进程。
与现有技术相比，本申请具有以下优点：
(1)该方法设计了兼容未来数据存储中心网络中的不同网络协议栈架构，使用一套框架兼容了未来网络架构的演进。
(2)统一了客户端与服务端网络架构，客户端和服务端可通过配置文件适配各自的网络协议栈。
(3)通过事件中心定义4种类型的事件，针对各类型事件提供通用的接口且根据特定事件做不同的轮询策略，轮询策略则可完全由用户定制。
(4)针对不同消息类型定制了两类消息分发器，避免需要快速响应的消息进入消息队列缓存而是直接发送到指定网络端，降低了单个网络IO响应的绝对延迟。
(5)在单个线程绑定多个链接的实际场下，将请求和响应处理分离到独立的处理线程，从而大大降低了单个链接的处理延迟，提升了客户端路由性能及服务端响应性能。
(6)基于负载均衡算法，将新的链接分配到核心数据链接数较少的线程。从而提升分布式系统后端的整体响应速度。
(7)基于预分配的环形内存队列，减少了内存的频繁分配与释放。降低了单个网络IO的响应的绝对延迟，提升了整体IOPS。
附图说明
图1为实施例1的流程示意图。
图2为实施例2的流程示意图。
图3为实施例3的流程示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将结合各个实施例作进一步描述。
实施例1：消息事件为数据消息时的流程：
S1：设立事件中心预定义四类消息事件，且定义了工作线程及后端工作线程及备线程角色来负责消息处理的各个阶段。
S2：工作线程启动，事件中心对消息事件进行格式分类，并基于格式分类结果在消息事件上标记格式基类；所述格式基类包括数据消息；
S3：消息管理器将消息事件分发给消息分发器；
S41：读取消息事件上标记的格式基类，确定此消息事件为数据消息；
S421：向注册好的写管道中写入唤醒字符，唤醒写事件或使写工作线程检测到写事件；
S422：写工作线程按照指定协议编码对消息事件做编码处理；
S423：将编码后的消息通过发送消息接口发到指定消息服务进程；
S5：基于S4所得优先级队列对消息事件进行管理。
S6：后端处理线程处理完消息任务，将响应消息投递到消息队列，同时向读管道写入唤醒字符，唤醒备线程。
S7：备线程经过消息编码，将数据响应消息直接发送给客户端请求线程，完成IO操作。
实施例2：消息事件为心跳消息时的流程：
S1：设立事件中心预定义四类消息事件，且定义好了主端工作线程，以及对端工作线程角色。
S2：工作线程启动，事件中心对消息事件进行格式分类，并基于格式分类结果在消息事件上标记格式基类；所述格式基类包括心跳消息；
S3：心跳消息管理器将消息事件分发给消息分发器；
S41：读取消息事件上标记的格式基类，确定消息事件为心跳消息；
S431：向已注册的写管道中写入唤醒字符，唤醒写事件或使写工作线程检测到写事件；
S432：写工作线程按照指定协议对消息事件做编码处理，并将编码后的消息投递到消息优先级队列并发送外部事件；
S433：在下次循环处理时，写工作线程将S432所得编码后的消息通过发送消息接口发到指定消息服务进程；
S5：基于S4所得优先级队列对消息事件进行管理。
S6：对端工作线程在检测到心跳事件后，将心跳事件分发到自己的优先级队列，并向写管道写入唤醒字符。
S7：工作线程按照优先级遍历队列，获取编码心跳响应消息，直接回复心跳消息响应数据到主端工作线程，完成通信过程。
实施例3：消息事件为集群消息时的流程：
S1：设立事件中心预定义四类消息事件，且定义了集群业务请求，集群工作线程，及集群响应三种角色来完成集群消息的通信。
S2：集群工作线程启动，事件中心对消息事件进行格式分类，并基于格式分类结果在消息事件上标记格式基类；所述格式基类包括集群消息；
S3：消息管理器将消息事件分发给消息分发器；
S41：读取消息事件上标记的格式基类，确定消息事件为集群消息；
S441：集群业务请求向已注册的写管道中写入唤醒字符，唤醒写事件或使写工作线程检测到写事件；
S442：集群工作线程按照指定协议对消息事件做编码处理，并将编码后的消息投递到消息优先级队列并发送外部事件；
S443：在下次循环处理时，集群工作线程将S442所得编码后的消息通过发送消息接口发到指定消息服务进程
S5：基于S4所得优先级队列对消息事件进行管理。
S6：集群工作线程将消息解码后投递到集群业务响应，等待业务响应完成。
S7：集群业务响应将消息处理结果投递到优先级队列，并向写管道写入唤醒字符。
S8：集群工作线程按照优先级顺序从队列中取出集群响应消息，并发送，完成集群消息通信。
以上所述，仅为本申请的具体实施例，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本申请公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种分布式存储系统的网络IO读写方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：设立事件中心预定义四类消息事件，所述四类消息事件包括FD类事件，定时器类事件，外部事件和轮询事件；
S2：工作线程启动，事件中心对消息事件进行格式分类，并基于格式分类结果在消息事件上标记格式基类；所述格式基类包括数据消息，心跳消息，集群消息和回复消息；
S3：消息管理器将消息事件分发给消息分发器；
S4：消息分发器基于格式基类对消息事件设立优先级队列；
S5：基于S4所得优先级队列对消息事件进行管理；
其中，步骤S4包括：
S41：读取消息事件上标记的格式基类，若消息事件为数据消息则跳转至S42，若消息事件为心跳消息则跳转至S43，若消息事件为集群消息则跳转至S44，若消息事件为回复消息则跳转至S45；
S42：在写管道中启动写工作线程，将消息事件编码后发送至指定消息服务进程，跳转至S5；
S43：在写管道中启动写工作线程，将消息事件编码后投递到消息优先级队列并发送外部事件、在下次循环中发送至指定消息服务进程，跳转至S5；
S44：在写管道中启动写工作线程，将消息事件编码后投递到消息优先级队列并发送外部事件、在下次循环中发送至指定消息服务进程，跳转至S5；
S45：在读管道中启动读工作线程，对消息事件编码后发送至指定客户端服务进程，跳转至S5。
2.如权利要求1所述分布式存储系统的网络IO读写方法，其特征在于，步骤S5中基于QOS机制，在DT_m_dispatchers中设计优先级队列。
3.如权利要求1所述分布式存储系统的网络IO读写方法，其特征在于，步骤S42包括：
S421：向已注册的写管道中写入唤醒字符，唤醒写事件或使写工作线程检测到写事件；
S422：写工作线程按照指定协议编码对消息事件做编码处理；
S423：将编码后的消息通过发送消息接口发到指定消息服务进程。
4.如权利要求1所述分布式存储系统的网络IO读写方法，其特征在于，步骤S43包括：
S431：向已注册的写管道中写入唤醒字符，唤醒写事件或使写工作线程检测到写事件；
S432：写工作线程按照指定协议对消息事件做编码处理，并将编码后的消息投递到消息优先级队列并发送外部事件；
S433：在下次循环处理时，写工作线程将S432所得编码后的消息通过发送消息接口发到指定消息服务进程。
5.如权利要求1所述分布式存储系统的网络IO读写方法，其特征在于，步骤S44包括：
S441：向已注册的写管道中写入唤醒字符，唤醒写事件或使写工作线程检测到写事件；
S442：写工作线程按照指定协议对消息事件做编码处理，并将编码后的消息投递到消息优先级队列并发送外部事件；
S443：在下次循环处理时，写工作线程将S442所得编码后的消息通过发送消息接口发到指定消息服务进程。
6.如权利要求1所述分布式存储系统的网络IO读写方法，其特征在于，步骤S45包括：
S451：向已注册的读管道中写入唤醒字符，唤醒读事件或使工作线程检测到读事件；
S452：读工作线程按照指定协议对消息事件做编码处理；
S453：读工作线程将S452所得编码后的消息通过发送消息接口发到指定客户端服务进程。
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