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盘古系统分布式文件系统

发布时间:2023-06-12 11:34:27

⑴ 各位使用的分布式文件存储,有哪些产品使用体验更好一些

我觉得XSKY星辰天合的XGFS文件存储软件不错,这个软件只需要三个全闪存元数据高可用节点,就可以高效保存和处理 100 亿文件规模的数据。可以灵活扩展,满足公司不断增长的业务对性能和容量的需求。

⑵ 大繁至简,首度揭秘阿里云飞天洛神系统

摘此尘好要: 洛神是阿里云飞天中负责虚拟网络的系统,她为阿里云客户提供了丰富的网络产品,如VPC、SLB等。同时,她也是ECS,RDS,OSS,NAS等100多个云产品的网络基础设施。她还支撑了阿里巴巴集团和蚂蚁金服集团众多业务,如电商、支付、物流等。

“最好的网络就像神一样,无处不在,又感知不到她的存在 …… 大繁至简,这是我们努力的方向。”     – 阿里云网络高级技术专家 孙成浩

2018杭州·云栖大会的主会场上,阿里云产品总监何云飞介绍了阿里云自主研发的云操作系统飞天的全面升级版飞天2.0。作为飞天2.0核心组成部分之一,洛神首次向外界揭开了她神秘的面纱。在随后的未来网络技术专场上,阿里云网络高级技术专家孙成浩对飞天洛神进行了更为详细的阐述。本文是首次对飞天洛神的概念、演进、架构、特点等方面进行系统化的解读。

什么是飞天洛神

从物理网络到用户感知到的网络之间存在一个虚拟网络层。在阿里云,我们给这套虚拟网络系统起了个名字,叫做洛神。洛神是阿里云飞天中负责虚拟网络的系统,她为阿里云客户提供了丰富的网络产品,如VPC、SLB等。同时,她也是ECS,RDS,OSS,NAS等100多个云产品的网络基础设施。她还支撑了阿里巴巴集团和蚂蚁金服集团众多业务,如电商、支付、物流等。在全球范围内,洛神服务着百行百业超过百万的用户。在双十一、世界杯、春运等互联网流量的尖峰时刻,为每一个消费者的流畅网络体验而默默保驾护航。

很多人都知道阿里云有一个飞天(Apsara)系统,系统中各组件是用各种神的名字命名的,包括盘古,伏羲,女娲,神农等,其中盘古是分布式文件系统,伏羲是分布式调度系统。为什么叫虚拟网络系统叫洛神呢?在古代,河运是非常重要的交通手段,就好比今天的网络一样。因此,在给虚拟网络系统起名的时候,我们就起了一个河神的名字,叫洛神。

飞天洛神的架构

洛神是阿里云的分布式操作系统飞天的一部分。在飞天的基础架构里面,最上层是各种云产品,包括大家熟悉的云产品RDS,ECS,VPC,SLB等等,支撑这些是飞天的3个基础组件,包括存储系统盘古,资源管理伏羲和网络管理洛神。也就是说,洛神除了支撑了阿里云的网络云产品之外,另外一个重要的角色就是支撑了其他云产品的网络基础设施。

讲到洛神的技术架构,洛神系统由3大模块组成

– 数据平面,控制平面和管理平面。

数据平面负责云网络中数据包的处理,它就如同物理世界中的网线和路由交换设备,把数据包高效率低延迟的从发送端送到目的地。类似的,洛神数据平面也包含各种不同角森铅色的组件,包括支持各种不同类型计算形态的虚拟交换机,用于数据中心互连的DCN网关,用于云网络连接公网的internet网关,用于云上云下互连的混合云网关,提供负载均衡能力的负载均衡网关和提供端接入能力的智能接入网关。为了提高这些组件的转发性能,洛神不仅使用了软转发的技术,而且也对软硬件结合甚至纯硬件的技术进兄余行了广泛应用。

控制平面则控制如何处理数据包,他是洛神的业务大脑。从技术上看,洛神的控制平面是一个层次性的分布式控制系统,最底层的设备控制器主要负责控制和管理数据平面的各种组件,同时在每个区域存在一个虚拟网络控制器,在全局存在一个全球路由控制器。区域的虚拟网络控制器则负责本区域的云网络的管理与调度, 全局路由控制器则负责协调调度各个区域的资源形成一张全球的云网络。基于虚拟网络控制器和全局路由控制器之上的则是NFV控制器,完成虚拟网络高级功能例如VPN等产品的编排和抽象。

洛神的管理平面是网络运维和运营的中枢,它管理着海量的网元以及用户,这里的海量指的是千万级虚拟机和百万级网元。为了能做到这一点,洛神的管理平台是基于大数据以及机器学习技术实现的,它对网络运行当中产生的海量数据进行实时/离线计算,数据建模,来驱动网络资源的提前规划,网络系统的日常维护以及网络产品的智能运营。整个管理平面包括了一套高性能,分布式的数据分析系统,由它分析出来的数据提供给智能运维和智能运营系统,完成资源规划,网络建设,系统变更,实时监控,故障逃逸,产品运营等整个网络产品生命周期的工作。最终达到排无人值守的网络变更,先于用户的问题发现,高效简单的故障逃逸以及丰富全面的产品及用户运营的效果。

飞天洛神的技术演进之路

洛神能够成为飞天的四大支柱之一,不是一天炼成的。洛神的演进经历了四个阶段。

首先是经典网络阶段,在这个阶段,网络只有一个概念,就是公网带宽。经典网络阶段的问题是用户无法自定义网络拓扑,这样使得用户无法完成云上云下的混合云联通。为了解决这个问题,洛神进入了VPC阶段,VPC阶段里,洛神在每个地域虚拟了数百万张网络,并且用户可以完全自定义这张网络。随着网络规模越来越大,洛神也从区域网络进入到全球网络的阶段,在这个阶段,洛神主要解决如何更好的管理超大规模网络的问题,云企业网和云连接网构成了第三代洛神的两个主要特性。

满足了主要的客户的需求之后,我们开始思考如何进一步提升用户体验。用户对网络的核心诉求是什么?其实,客户的最大诉求是网络足够强健可靠,不要发生问题。就像使用水和电一样,用户是不需要了解发电站和泵站在哪里的。因此,洛神希望网络对用户是无感知的,又是无处不在的。洛神的发展,是一个从0到1,到100,再回到0的演进过程,大繁至简,这是我们在研发下一代洛神中努力的方向,这也是我们首先在业界提出Networkless理念背后的思考。

飞天洛神的特点

洛神的关键特点,包含安全,弹性和可靠,这3个特性也是洛神达到最终Networkless状态的关键特征。

安全是基本盘,因为overlay技术把网络逻辑的隔离掉,用户的网络之前完全不会互通。并且洛神中还包含了各种加密服务可以给到用户,打造更深层次的的安全。弹性有两个数字,一个是秒级的转发性能的弹性,洛神支持从1MB到1TB在一秒内完成弹性,另一个是规模的弹性,洛神的单网络支持10w台计算节点的规模。这样,洛神既可以支持小到虚拟web主机这样的服务,也可以支持打到双11零点这样的海量峰值流量。谈到可靠性,我们参考年平均故障时间这个参数,洛神引发的单实例故障时间只有50ms,这个故障时间是极其短的。

关键设计

接下来我们详细分析下洛神弹性和可靠性的关键设计。洛神系统的数据面,本身就是一台巨大的交换机。大家都知道,交换机的转发芯片对数据包的处理,都是pipeline的,硬件处理永远不会停下来,那洛神的数据面也是如此。从一个数据包进入洛神系统开始,到出去洛神系统的整个过程,经历了洛神系统里面的各个组件,都是不会被打断的,这样只处理一件事情的数据面,一定是高效的。洛神的数据面包含了软硬件结合的转发技术和架构。此外,洛神系统的网络永远不会因为维护而中断,这意味着,洛神里面的所有组件,都支持热升级。

在可靠性角度上看,多机房容灾是高可用的基础。当阿里云的某一个数据中心云机房开始部署的时候,洛神系统在物理设施部署完成之后会首先进行部署。这个时候,机房里面有计算集群,网关和控制平台。计算集群上面有我们的虚拟交换机组件。对于数据面和控制面的关键结点都是集群部署的,单台服务结点的问题不会对用户产生任何的影响。当vm的宿主机出现宕机等严重问题的时候,可以在机房范围内进行迁移,迁移本身也不会对vm的网络属性和连通性产生任何的影响。每个云机房里面都会部署集群的网关和控制器结点,而且随着机房的增多,会自动在云机房里面形成环形的备份关系。当一个新的机房建设起来,洛神系统部署之后,会自动加入到这个备份链里面。这样,当某一个机房的关键结点由于异常出现问题的时候,都可以自动在秒级切换到备份机房,由备份机房的洛神系统来提供服务。这种多层次容灾机制,保证用户可以在很快的时间内恢复业务。



除了多机房容灾之外,如何快速发现bug和快速恢复,是可靠性的另一个关键点。为了解决这个问题,洛神首先设计了基于流的染色系统。如果把洛神系统看成一个整体的交换机,那么从特性上来看,洛神系统是一个支持流跟踪的交换机,具有各种丰富的策略。洛神系统的下面是物理网络的设备和交换机,通过洛神系统的流标记的能力和设定的策略,可以同时在物理网络和虚拟网络里面具备流的染色,特定报文的镜像,采样,跟踪等的能力。这些动作产生的日志,都会通过采集后做实时计算,如果流量有异常,会产生报警和日志给到管理员,部分报警可以触发故障的自动处理和恢复。还有一部分数据经过计算处理,会产生数据报表和用户画像,也可以给到用户一张炫酷的大屏。这个本质上就是数据化的能力。

结束语

飞天洛神的使命是让网络更简单。大家都知道AWS提出了Serverless的概念,和Serverless类似,洛神以Networkless的理念作为设计目标,我们希望用户不再去关心网络拓扑,网络带宽,网络地址这些专业技术,让用户感知不到网络的存在。Networkless首先是通过不断的提高弹性和网络的可靠性来达到的,除此之外的关键特性就是NAAS化,让用户只关心网络通,而不需要去关心网络各种组件。

⑶ 块存储、文件存储、对象存储这三者的本质差别是什么

一、概念及区别

针对不同的应用场景,选择的分布式存储方案也会不同,因此有了对象存储、块存储、文件系统存储。这三者的主要区别在于它们的存储接口:

1. 对象存储:

也就是通常意义的键值存储,其接口就是简单的GET,PUT,DEL和其他扩展,

2. 块存储:

这种接口通常以QEMU Driver或者Kernel Mole的方式存在,这种接口需要实现Linux的BlockDevice的接口或者QEMU提供的BlockDriver接口,如Sheepdog,AWS的EBS,青云的云硬盘和阿里云的盘古系统,还有Ceph的RBD(RBD是Ceph面向块存储的接口)

3. 文件存储:

通常意义是支持POSIX接口,它跟传统的文件系统如Ext4是一个类型的,但区别在于分布式存储提供了并行化的能力,如Ceph的CephFS(CephFS是Ceph面向文件存储的接口),但是有时候又会把GFS,HDFS这种非POSIX接口的类文件存储接口归入此类。

二、IO特点

按照这三种接口和其应用场景,很容易了解这三种类型的IO特点,括号里代表了它在非分布式情况下的对应:1. 对象存储(键值数据库):

接口简单,一个对象我们可以看成一个文件,只能全写全读,通常以大文件为主,要求足够的IO带宽。

2. 块存储(硬盘):

它的IO特点与传统的硬盘是一致的,一个硬盘应该是能面向通用需求的,即能应付大文件读写,也能处理好小文件读写。但是硬盘的特点是容量大,热点明显。因此块存储主要可以应付热点问题。另外,块存储要求的延迟是最低的。

3. 文件存储(文件系统):

支持文件存储的接口的系统设计跟传统本地文件系统如Ext4这种的特点和难点是一致的,它比块存储具有更丰富的接口,需要考虑目录、文件属性等支持,实现一个支持并行化的文件存储应该是最困难的。但像HDFS、GFS这种自己定义标准的系统,可以通过根据实现来定义接口,会容易一点。

因此,这三种接口分别以非分布式情况下的键值数据库、硬盘和文件系统的IO特点来对应即可。至于冷热、快慢、大小文件而言更接近于业务。但是因为存储系统是通用化实现,通常来说,需要尽量满足各种需求,而接口定义已经一定意义上就砍去了一些需求,如对象存储会以冷存储更多,大文件为主。

⑷ 世界上第一个操作系统是如何编写的

人家就问第一个操作系统是怎么做出来的,楼下一堆人都没说到点子上。
这个问题就像是没有生产机器,那第一台机器是怎么生产出来的。
第一台计算机,或者称之为打孔计算机,破译机。它的作用就是读0和1的不同排列组合,通过这些组合来解译不同的意思。比如 0010代表什么意思,1101代表什么意思。这些是一开始就设定好了的,就像是中国古代的算盘一样,上面的算子代表5,下面的算子代表1是一个道理。
好了,开始就设定好这个解码功能后,这台破译机就可以读信息了,它通过什么读呢?那时候没有数据,没有数字信号,只有模拟信号,它们就读打孔纸。就是在纸上写,然后打出一个一个孔,像卡纸一样。设备就读这个孔的排列,根据不同的排列去找这个排列代表了什么,然后给出答案。这就是最初的计算机原理,非常简单,它就是一个密码解释器,或者说是简单的编译器。
那时候就是用来算加减法等一些计算,它就是一个大型的计算器。
后来发展的复杂一些了,也就是增加了更多的0和1的组合来丰富机器的解释库,来计算更复杂的公式。
这时候你要问了,这些0和1的解释库是存在哪里的?这就是为什么以前的计算机房间那么大个。它们是通过电子管的开和关来代表了0和1,通过电路给电子管通电,比如说那张纸打的孔,有一个像探头一样的东西,探测到那里有一个孔,或者没有孔,就给出电信号来控制不同的电子管组合的通路和断路,最后给出结果。
比如我用纸戳一个1+1=?,我就戳一个(0000 0000 0000 0001)代表1(00001 001000 ....)代表+ (0000 0000 0000 0001)代表1,然后给机器读,机器读出来后,就会根据电子管的通断组合,最后将结果反馈回来。一开始是用亮了多少盏灯来表示计算结果,有了显示器后,才把它变成了显示画面。

显示画面其实也是有一个库的,比如0001,你就给我显示1,00010,你就给我显示2,它会找对应的库,这个库一开始就用不同的电路
搭建做好,无非就是不同的电路通断,电压,电流等各种奇怪的组合来完成 。它自身有一套神奇的检测机制,这个就不说了,我也说不清楚。
那么回到最开始的问题,世界上第一个操作系统是怎么出现的?就是用手在纸上写出来的。
一开始不能算是系统,比如我要算一个公式,a /b +1+a+5*b,举个例子,这个公式我要经常用,我不可能每次都要去戳很多纸,所以我只需要先做一个模板,然后留出一个空白,需要的时候,把a和b戳出来就可以了,这样就很方便了。
后来这些公式越来越复杂,甚至是出现了不同的计算,比如说, 如果a<100,那么就执行xxxx,如果a>100,就执行xxxx。然后这个模板就越做越大,需要戳的纸也越来越长。
好家伙,后来实在戳不过来了,十个手指都戳破了,甚至计算机也运行不过来了,更复杂的运算根本做不了。不行,不能这样下去了。
后来就开始有人研究了,电子技术的发展越来越高科技,电子管也做得越来越小,最后用集成电路来控制开关,但是其实原理都是一样的。可以运算的公式和能力也越来越强。其实还是不同的电子管组合成不同的开关,你以为这个组合就是几个电子组的组合吗?不,已经达到上亿,上千亿个电子管的组合了,这也是集成电路的优势。

一开始是用纸来保存信息,但是前面说了,纸已经不够用了,就开始出现了软盘,光盘。光盘上的凹凸点,代表了0和1,其实就是存储的介质发生了变化,后面发明了磁盘,发明了光盘,甚至是软盘、机械硬盘,SSD等不同的储存介质,这些其实就是保存的方式不同而已,其实它们保存的数据还是和打孔纸一样,就是0和1的数据,只是相比纸而言,保存得更多,更方便,也更容易被机器读取。
这时候保存的介质发生了变化 ,那么读取这些数据的那个探头也发生了变化,变成了像软盘的磁头,光盘的激光头等。

当这种保存的介质从纸变成了硬盘后,就会出现一个问题,一开始写这些孔的时候,是用笔和给纸戳一个窟窿来让机器识别,现在要怎么把0和1这种数据写到磁盘里呢?这里就发明了键盘了,最初的键盘当然和现在不一样,但是原理是一样的。还是按一个键,给一个电信号,磁头收到了电信号,会判断是0还是1,如果是0,就是反磁,如果是1就是正磁。一开始的键盘,就是只有几个键,1键和0键。
后来有人觉得整天打0和1太麻烦了,如果我要打a这个符号,我就要按(0000000000000000),按这么多下,我的手都要变成一指禅了,于是就发明更复杂的键盘,比如我要打a,b,c,d,我就一开始就设定好,我打a,就直接发送一串机器码(0000000000000000),我要打b就发送一串机器码(0000000000000001),类似这样的。其实也是给键盘做好一个约定,我一开始就把一些特定的,经常使用到的符号或其他有代表性的字母、数字,把它们对应的0和1组合的机器码先做成一个表格,存到键盘的识别库里,我按哪一个字符,你就给我发送哪一个字符对应的机器码就可以了,这样我就不用从早到晚按0和1这两个键,按个没完。这么一设定,我就不用记太多的机器码组合了,一开始就把这些组合给分门别类。
这样发展到这里,键盘的雏形就出来了,也为汇编的发展埋下了伏笔。汇编其实就是最接近或者它就是机器码的一种组合语言,机器是可以直接识别出来。
前面说了,为了执行不同的公式和复杂的计算,就出现了这同的模板,只需要修改模板上的参数,就可以重复执行这些模板。
现在这些板从纸上存到了软盘上,现在就更方便了。以前用纸的时候,用过一次,纸就没用了,现在软盘上的数据一直在,我只需要用磁头把原来填的数据擦掉,重新写个新的参数就可以了。你可以理解成当时在纸上我用铅笔写参数,用过一次,用橡皮擦给擦掉重复写。但是纸是需要打孔的,打了孔,橡破擦也没用,已经是一个孔了,你也补不上,所以那纸就废掉了。
但是软盘不一样,软盘是可以重复写的。可以把磁消掉重新在那个位置写一个新的参数,这样就可以重复利用了。
后来这些模板越做越复杂,最后慢慢的发展成了一个小型的,有自己一些独立功能的计算系统,这可以理解为,它有了系统的一些特性,但是还不算系统。
后来这些模板更强大了,有人觉得,因为需要更加强大的功能,一般的模板已经没办法满足了,而且通过这种最原始的abcd来拼凑这些公式、模板,太累了。于是就有人开始写中间解释器。
怎么理解呢?前面说了,一开始大家都是写1和0组合,觉得太累了,于是把1和0的不同组合做成了一个库,我只需要输入1+1,abcd这种键盘上约定好的字母,键盘就发送对应的1和0组合给机器,机器就可以直接识别了。
现在需求越来越复杂,发现光打这些abcd,需要打越来越多的代码,发现和之前打1和0一样累了,怎么办呢?于是就有人打算再创一个中间库,把这些abcd,1,2,3等组合做成一个库,不同的组合代码不同的意思,这就是从机器向交互语言的发展了初期了。
这个库一开始还是用abcd等最初的那个键盘库打上去的,当然做的也很累,但是只要这个库完善好了,后面要继续发展更高级的交互语言就简单多了,以后所有交互语言写出来的东西,都通过这个库翻译成机器语言库,机器语言库就可以识别了。
于是有了交互语言库,大家就不用打太多的字符来拼凑成不同的模板了,因为交互语言库有了不同的单词组合成更加有意义符号,人一看就懂,不需要那些零零散散的字母,没有任何意义在里面,还需要死记硬背。

这就有点像是古代的文言文,你一听不知道他在说什么,然后去查一下文言文字典,这样你才能知道他在说什么。
现在你可以用白话言语来交流了,这样就更轻松了,你可以直接和他对话。
至于机器听不听的懂你说的意思,这个不要紧,有解释库,你把解释库做好了,你说的每一句话会自动翻译成机器语言,就可以了。
随着语言的越来越强大,现在就可以写出更加复杂的模板了,后来显示器的发展越来越强大,让这些模板出现了更丰富的画面,其实它显示什么东西,也还是会有一个库的,只要约定好,我返回的这串代码代表了什么东西,你就显示什么东西就可以了。甚至后来有了图片。

其实图片的显示也有自己的一个约定,就是我返回什么代码,你就解析成什么颜色点,然后不同的代码组合,就会现出一大串的颜色点组合在一起,就变成了有颜色的图片和画面。其实文字也是图片的一种,就是一种图信号。
回到模板上来,后来慢慢的,这些模板越来越强大,甚至有人开始动起心思,开始给这些模板加皮肤,加各种好看或者神奇的功能,让它更加好用,于是最初始的系统就这么慢慢的发展起来了。
其实系统它不是突然就有的,是在整个机器的发展的过程中,慢慢的累积到一定程度后,顺应发展而来的。

这些模板也是从最简单的公式模板慢慢发展成了现在有了自己的界面,有了自己的独立运算功能和各种娱乐功能等强大的系统。
最初的系统,也就是这些模板的诞生,其实是很辛苦的,它们需要有一定的积累,一些基础的识别库的完善,这些都是需要最初的那代人,一开始就约定好,然后慢慢地完善起来,然后高级的语言和系统才能通过这些库来和机器交流。

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