Ceph剖析：故障检测

作者：吴香伟 发表于 2014/10/10
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心跳是用于OSD节点间检测对方是否故障的，以便及时发现故障节点进入相应的故障处理流程。故障检测需要在故障的发现时间和心跳带来的负载之间做权衡，如果心跳频率太高则过多的心跳报文会影响系统性能，如果心跳频率过低则会延长发现故障节点的时间，从而影响系统的可用性。

建立连接

在大规模部署的场景中，如果任意两个OSD节点间都建立心跳连接将带来巨大的负担。尤其，当新加入一个OSD节点时这个负担就会几倍地增加。Ceph中每个OSD只和以下两类节点建立心跳连接：一类是同个PG下的OSD节点之间，因为属于同个PG的OSD节点会保存同份数据的副本，如若出现故障则会直接影响数据的可用性。另一类是OSD的左右两个相邻的节点，这两个节点同自己物理上存在比较紧密的联系，例如可能连接在同台交换机。另外，如果建立心跳的Peer数目少于osd_heartbeat_min_peers，那么OSD会继续同离他较近的几个OSD建立心跳连接。

OSD节点会监听public、cluster、front和back四个端口，其中front和back两个端口都是用于心跳的，cluster端口用来监听来自OSD Peer的连接，public用来监听来自Monitor和Client的连接。如果启动OSD时没有提供back的IP地址，则back使用cluster的IP地址；而front不单独提供IP地址，直接使用public的IP地址。另外，OSD单独创建了一个名为hbclient的Messenger，作为心跳的客户端，单独用来建立连接发送心跳报文。心跳报文优先发送给back连接。

代码注释

// ceph-osd.cc 启动osd时创建Messengers
OSD::maybe_update_heartbeat_peers() 确定同哪些peer建立心跳连接，剔除已经down掉的节点的心跳连接
OSD::_add_heartbeat_peer()  同给定的peer建立心跳连接
OSDServeice::get_con_osd_hb()  获取peer的front和back连接

配置

OPTION(public_network, OPT_STR, "")
OPTION(cluster_network, OPT_STR, "")
OPTION(osd_heartbeat_min_peers, OPT_INT, 10)     // minimum number of peers

检测故障

OSD使用T_Heartbeat线程定时向Peer OSDs发送心跳报文，发送报文的时间间隔在0.5~6.5之间，由osd_heartbeat_interval配置选项决定。心跳报文会同时向Peer OSD的front和back端口发送。心跳报文分两种类型一种是Ping类型，另一种是Reply类型。Ping类型的报文是OSD主动发送给Peer OSD的报文，而Reply是Peer OSD回应给自己的报文。两种类型的心跳报文都携带时间戳，但它们的时间戳代表的含义不一样。Ping类型报文的时间戳是发送报文时的时间，而Reply类型报文的时间戳是从Ping报文中读取出来的，不是代表它自己的发送时间而是代表它对应的Ping报文的发送时间。OSD接收到Reply报文时将记录报文的时间戳，并以此来判断是否超时。

对每个Peer节点，如果其最近的应答的时间(最近的Reply报文的时间戳)位于cutoff之前(即超时grace秒)，则将其加入到failure_queue队列。OSD会定时向Monitor汇报自己的状态，在汇报状态时将failure_queue队列中Peer发送给Monitor，由Monitor将其标记为down状态。Monitor在接收到OSD对Peer的故障报告后，通过PAXOS算法决定是否将Peer OSD标记为Down状态。如果将Peer OSD标记为Down状态，那么将更新OSD MAP，OSD接收到OSD Map更新的消息后，断开和Peer OSD的心跳连接。

如果在向Monitor报告故障之后但在接收到OSD Down消息之前，再次接收到Peer OSD对心跳报文的回应，则将Peer OSD从failure_queue队列中移除，并通知Monitor该节点依旧存活着。

代码注释

void OSD::heartbeat_entry() // T_Heartbeat线程入口函数，定时向心跳Peers发送心跳报文
void OSD::heartbeat()
map<int,utime_t> failure_queue; // 检测到peer长时间没心跳时，将peer加入到failure_queue队列
map<int,entity_inst_t> failure_pending; // 故障报告给Monitor的Peer OSD
void send_failures();
void send_still_alive(epoch_t epoch, const entity_inst_t &i);
void OSD::note_down_osd(int peer)
void OSD::handle_osd_ping(MOSDPing *m) // 处理MOSDPing消息

配置

OPTION(osd_heartbeat_interval, OPT_INT, 6)       // (seconds) how often we ping peers
OPTION(osd_heartbeat_grace, OPT_INT, 20)         // (seconds) how long before we decide a peer has failed