ceph存储 PG的状态机 源码分析

PG 的状态机和peering过程

首先来解释下什么是pg peering过程？

当最初建立PG之后，那么需要同步这个pg上所有osd中的pg状态。在这个同步状态的过程叫做peering过程。同样当启动osd的时候，这个osd上所有的pg都要进行peering过程，同步pg的状态。peering过程结束后进入pg的Active状态，如果需要进行数据恢复则进行数据的恢复工作。

那么从PG的创建或者扫描开始，PG就开始设置了自己的初始状态，到最后的完全同步，这期间使用一个叫做state_machine的机制进行标记和处理，然后加上事件机制进行通信。最后达到active+clean。

下面是一个pg的所有状态，pg的状态管理全部都交给一个叫做recoverymachine的成员来管理，pg的所有的状态是一个类似树形的结构，每个状态可能存在子状态，子状态还可能存在子状态如下图

pg的状态变化是一套状态机，根据不同的状态接收到不同的事件进行相互的转化

1. PG 状态机变化的时机

a.创建pg后，会经过一系列的PG的状态变化,由Initial最后演化成Active+clean状态。

b.就是osd启动后，会进行PG扫描，扫描后会重新在本osd上建立PG，然后在经过一系列的pg状态变化，最后达到clean状态。

c.当其他osd启动后，如果和本osd处于同一个PG内，会收到pg成员变化事件，处理该事件则本osd上的pg状态也会重新被设置，再次经历状态变化，最后达到平衡的clean状态

2. pg的状态演化过程

下面经过一个pg状态变化的过程说起，这个过程叫做PG的peering过程。peering的过程其实就是pg状态从初始状态然后到active+clean的变化过程。一个osd启动之后，上面的pg开始工作，状态为initial，这时进行比对所有osd上的pglog和pg_info，对pg的所有信息进行同步，选举primary osd和replica osd，peering过程结束，然后把peering的结果交给recovering，有recovering过程进行数据的恢复工作（如下图）。primary osd与replica osd经过一系列的状态事件的交互，最后达到active状态

3. pg状态变化实例讲解

3.1 pg状态的管理结构

1. pg在创建或者扫描时都会重新的把pg的结构创建起来，上一节在pg创建的时候已经说了，由monitor 会发送事件给osd，osd会处理事件，并且完成pg的创建工作。这里和故障恢复有密不可分的关系，下一节讲述数据的故障恢复。

2. 创建pg的时候会初始化一个叫做recovery_state的成员，该成员就是用来控制pg的状态变化和处理事件的机制。recover_state中存在一个成员叫做recovery_machie，该成员继承了boost::statechart::state_machine状态机，该状态机就是用来处理状态变化的。

pg与state_machine的关系如下图

该途中表明了几个数据结构之间的关系

3.2 数据的pg状态变化过程

3.2.1 NULL -> initial

1). 来看一下申请PG的时候 对PG结构的初始化。在PG进行初始化的时候就对recoverystate(this)。

2075：recoverystate的构造函数。
2078：对于machine进行初始化。这时初始化machine的状态为Initial状态。

3.2.2 initial -> reset -> Started

2). 创建PG之后，就要对PG的发送一系列的事件了，首先是创建事件，调取函数handle_create()。在handle_create中主要发送了两个事件

5758：handle_create()处理函数。

5761：申请一个 Initialize d的事件evt。

5762：本端的recoverystate处理该事件。handle_event中调用machine. process_event ()。交由状态机进行处理。当状态为Initial的machine遇见Initialize事件会转化状态为reset状态。因为在initial状态里定义了，如果收到了Initialize事件则将状态转化为reset

1567：定义了如果在Initial状态的时候，收到了Initialize事件，则转化为Reset状态。
目前是已经为Reset的状态了。带着这个状态再回到handle_create中

5763：这里定义了第二个事件 ActMap 的evt2.

5764：通过recoverystate.handle_event（）再次交给machine。但是这时machine的状态已经变成了Reset了，由Reset状态开始处理Actmap事件。在reset的事件处理函数中boost::statechart::result PG::RecoveryState::Reset::react(const ActMap&)，最后将状态转化为了Started。transit< Started >()。然后来看Started状态，转化成该状态后又继续处理状态，在定义Started的时候默认设置了一个子状态start

3.2.3 Started(start) ->Started( primary(Peering(GetInfo)))

3). 来看一下当进入start时是怎么来处理的

6010：开始处理进入start状态后的处理。
6016：找到对应处理的PG。
6017：如果当前的osd在本pg里是 primary。
6020：向本状态发送事件MakePrimary()事件。
6022：如果当前的osd在本pg里是replica。
6025：向本状态发送事件MakeStray。

4). 接下来看看start状态如何来处理MakePrimary和MakeStray的事件吧，下面来看。

1653：如果接受到MakePrimary事件，则将状态start转化为Primary状态。
1654：如果接受到Makestray事件，则将状态start转化为stray状态。

接下来按着Primary osd的流程走。在进入Primary状态之后，在Primary状态存在一个子状态叫做Peering状态。并且Peering也同样存在一个子状态叫做GetInfo。在GetInfo的函数PG::RecoveryState::GetInfo::GetInfo()中做了哪些事情。

7375：创建当前pg的OSD集合。为数据的恢复做准备。下一节数据恢复时会讲述。

7379：发送请求到所有的副本osd中，请求pg_info信息，发送事件MQuery& query，query的类型是pg_query_t::INFO。然后发送的请求都会记录在peer_info_request队列中。

7381：如果想其他的osd发送的查询pg_info事件，那一定会添加到peer_info_request队列中，所以这里就不为空，然后就结束了。此时状态就到这里，目前是GetInfo的状态。等待replica osd获取pg_info结束后，再将结果通过事件发送给primary osd。

3.2.4 GetInfo->GetLog

5). 当primary osd接到事件MNotifyRec& infoevt，然后对该事件展开处理。在GetInfo的状态下处理该事件，在处理该事件的时候会对拉取的pginfo进行处理，最后如果所有的副本都成功的将信息返回了，则会本端再次发起事件post_event(GotInfo());当GetInfo状态收到事件GotInfo()，则会转换状态为GetLog。现在交给了GetLog状态来继续处理，在进入GetLog中，做了如下的操作

7621：这里要进行选择acting。包括了选择auth_osd、primary选择，副本选择（计算backfill osd，recover osd）。

7635：判断auth是不是正在处理的本osd上，如果是自己的话，那自己本身就是最全的log，所以不需要拉取log。

7637：因为不用拉取其他osd上的log，所以这里直接发送Gotlog事件，说明不需要拉取log，可以进入下一个状态了。

7673：由于自己本是auth osd，所以不是最全的log，所以要从其他osd上拉取log，这里准备事件g_query_t::LOG，发送到目标auth osd上拉取

3.2.5 GetLog->GetMissing

6). 本端使用handle_pg_query 处理g_query_t::LOG，将其封装成为MOSDPGLog消息，该消息发送到目标auth osd后，有auth osd解封消息，并且构造PG::MLogRec事件，发送给auth_osd处理，在auth_osd上形成MQuery& query 交给pg的state_machine处理，处理该事件，pg->fulfill_log(),获取本地log，然后通过消息MOSDPGLog发还给primary osd。这时primary 接到auth_osd发送过来的消息，并且消息携带auth_log的信息。在primary解析成为MLogRec 信息。这时primary osd的状态为GetLog，开始处理MLogRec 事件。直接出发post_event(GotLog())事件，当GetLog接收到Gotlog事件的时候，先要合并proc_master_log()，然后转换状态为GetMissing状态。

GetMissing的处理，在GetMissing中开始拉取所有副本的log信息，发送事件，等待所有的副本将自己的log和missing准备好发送给primary osd。这时primary osd处于GetMissing状态处理MLogRec事件，处理时proc_replica_log()，合并副本的log

7974：当接受的log事件时候，将peer_missing_requested 队列中对应osd的计数删除。这个队列方便统计哪些osd没有及时的反馈消息。

7975：接收事件后，开始处理事件，proc_replica_log()合并副本的INFO，log，missing等信息。

7978：判断是否需要更新up_thru。

7983：如果需要更新up_thru。则发送NeedupThru事件。

7989：如果不需要更新up_thru，则发送Activate()事件。

3.2.6 GetMissing->Active(Activating)

7). 假设这里发送了Activate()事件，GetMissing状态会对Activate事件直接将状态转化为Active状态，在进入Active后会调用PG::activate的处理。在Activete的处理中有两件事儿.。a.准备事务的回调准备工作，申请注册C_PG_ActivateCommitted。b.准备想其他的osd发送合并后的log，将权威的log封装成MOSDPGLog,发送给副本，然后提交事务。

这时其他osd副本接收到MOSDPGLog事件，将解释为本地的MLogRec，副本osd的pg状态为stray，接收到MLogRec事件后。主要做的有三件事儿：a.合并接收到的log到本地log中，b.准备发送事件Activate，c.转化到状态ReplicaActive。最后由ReplicaActive状态处理事件Activate。这时同样会调用PG::activate()处理。这里主要准备了两件事儿，
1.准备申请注册事务的回调处理函数C_PG_ActivateCommitted
2.准备进行数据恢复时的各种状态设置。完成后提交事务操作，等待事务完成。

目前，有两件事儿需要说明一下，primary osd提交了事务等待C_PG_ActivateCommitted处理，replica osd同样提交了事务等待C_PG_ActivateCommitted处理。接下来就来看看这个里边做了哪些工作

primary osd处理完成后，提交事务回调进入_activate_committed中，

2109：如果这时判断本osd是主osd。

2117：判断是不是所有的osd都返回了提交了结果。

2119：如果是primary osd，并且所有的replica都提交了结果，则进行all_activated_and_committed()处理。

2125：如果不是primary osd，而是replica osd这时就要告诉primary osd，我已经处理好了，发送消息 MOSDPGInfo。

8). 当primary osd接收到MOSDPGInfo消息，解析为MInfoRec事件，这时primary osd的状态为active，接收MInfoRec开始处理。

6998：当向一个osd发送MOSDPGLog后，会在对应osd的序号添加到peer_active的队列中，当osd反馈消息MOSDPGInfo后，会将osd的序号添加到actingbackfill队列中。这里判断是不是所有的osd都处理完成了事务。

7000：如果所有的osd都完成了事务的处理，接下来进入all_activated_and_committed处理中。在all_activated_and_committed中主要是要发送事件通知PG的状态，通知告知已经是AllReplicasActivated事件

3.2.7 Active(Activating)-> WaitLocalRecoveryReserved->WaitRemoteRecoveryReserved-> Active(recovering)

active接受到AllReplicasActivated事件后，开始处理，这其中主要调用pg-> on_activate ()函数。由于PG是由ReplicatedPG子类继承的，所以这里调用ReplicatedPG::on_activate 进行处理。

9079：判断是否需要进行recovery数据的恢复。

9082：如果需要进行数据恢复，则发送事件DoRecovery()事件。

9085：判断是否需要进行backfill数据恢复。

9088：如果需要进行backfill数据恢复，则需要发送事件RequestBackfill()事件。

9091：即不需要recovery也不需要backfill等操作，则发送事件AllReplicasRecovered事件。

9).假设这里需要进行数据的恢复，这时发送了DoRecovery事件。activ状态接受到事件DoRecovery后进入子状态WaitLocalRecoveryReserved。该状态是active的子状态，仍让处于active状态中。在WaitLocalRecoveryReserved中会进行reserver处理并且发送LocalRecoveryReserved事件，WaitLocalRecoveryReserved接受到该事件后将转化为WaitRemoteRecoveryReserved状态。进入该状态后发RemoteRecoveryReserved事件，处理该事件时再次发送事件AllRemotesReserved，状态转化为Recovering。

6651：进入recovering时要进行的处理。

6658：清除PG的state中的PG_STATE_RECOVERY_WAIT。

6659：设置PG的state中的 PG_STATE_RECOVERING。

6660：准备将pg交给osd的recovery线程处理，进行数据恢复，这里是先添加到recovery_wq，然后等待线程处理队列中的pg数据恢复请求。

3.2.8 recovering->recoverd->clean

10). 该队列是由osd->recovery_wq 来实现的，而不是OSDService-> recovery_wq。

该队列的处理线程直接调用函数OSD::do_recovery()进行处理。在其中主要使用pg-> start_recovery_ops进行处理，在start_recovery_ops中判断这个pg已经数据恢复完成的时候。

代码能进行到这里说明已经PG的数据恢复完成。

9510：这时检测状态是不是正在进行数据恢复状态是否为PG_STATE_RECOVERING。

9512：清除状态PG_STATE_RECOVERING。

9513：判断是不是要进行backfill处理?

9522：如果不需要进行backfill处理，这时代表所有的数据恢复都完成了，则发送事件AllReplicasRecovered。

11). 这时recovering状态的pg接收到AllReplicasRecovered事件，则将pg的状态转化为Recovered状态。这时将会再次发送GoClean()事件。PG接收到GoClean()事件，将转化为clean状态

最后的PG状态就是Active+clean的状态。clean是Active的一个子状态。最终完成了PG的所有状态变换