2023学年完整公开课版U1K2Swift技术方案

Swift技术方案学习任务：Swift技术方案认知23目

录知识总结任务实施基本原理学习目标知识目标了解Swift系统架构熟悉Swift关键技术及可靠性机制能力目标能描述Swift关键技术及可靠性机制学习目标4Swift系统架构5Swift整体架构（1）代理服务器（ProxyServer)是Swift存储系统对外的接口负责把用户请求分发给合适的存储服务器（2）存储服务器（StorageServer）负责存放实际的数据为整个存储集群提供磁盘存储空间（3）认证服务器（AuthServer）负责对用户进行认证通过认证后，发给用户一Swift系统架构6---代理服务器是Swift存储系统对外的接口运行着swift--proxy--server进程，负责把用户请求分发给合适的存储服务器也负责把请求结果返回给用户如何决定把用户请求发给哪个存储节点？Swift系统架构7---存储服务器（1）账号存储服务器存放着该账号所拥有的所有容器的信息没有容器存放地址信息（2）容器存储服务器存放着该容器里的所有对象的信息没有对象存储地址的信息（3）对象存储服务器负责存储对象的数据及元数据Swift关键技术8---一致性哈希(ConsistentHashing)Swift是基于一致性哈希技术，通过计算可将对象均匀分布到虚拟空间的虚拟节点上，在增加或删除节点时可大大减少需移动的数据量；虚拟空间大小通常采用2的n次幂，便于进行高效的移位操作；然后通过独特的数据结构Ring(环)再将虚拟节点映射到实际的物理存储设备上，完成寻址过程。Swift关键技术9---数据一致性模型(ConsistencyModel)按照EricBrewer的CAP(Consistency，Availability，PartitionTolerance)理论，无法同时满足3个方面，Swift放弃严格一致性(满足ACID事务级别)，而采用最终一致性模型(EventualConsistency)，来达到高可用性和无限水平扩展能力。Swift关键技术10---数据一致性模型(ConsistencyModel)为了实现这一目标，Swift采用Quorum仲裁协议(Quorum有法定投票人数的含义)：定义：N：数据的副本总数；W：写操作被确认接受的副本数量；R：读操作的副本数量。强一致性：R+W>N，以保证对副本的读写操作会产生交集，从而保证可以读取到最新版本；如果W=N，R=1，则需要全部更新，适合大量读少量写操作场景下的强一致性；如果R=N，W=1，则只更新一个副本，通过读取全部副本来得到最新版本，适合大量写少量读场景下的强一致性。弱一致性：R+W<=N，如果读写操作的副本集合不产生交集，就可能会读到脏数据；适合对一致性要求比较低的场景Swift关键技术11---环(Ring)

Ring是Swift中最重要的组件，用于记录存储对象与物理位置间的映射关系。在涉及查询Account、Container、Object信息时就需要查询集群的Ring信息。环是为了将虚拟节点(partition，分区)均衡地映射到一组物理存储设备上，并提供一定的冗余度而设计的。环的数据结构由以下信息组成：存储设备列表，设备信息包括唯一标识号(id)、区域号(zone)、权重(weight)、IP地址(ip)、端口(port)、设备名称(device)、元数据(meta)；分区到设备映射关系(replica2part2dev_id数组)；计算分区号的位移(part_shift整数)。Swift关键技术12---环(Ring)Swift可靠性机制13---多副本（Replication）Swift的每个虚节点都会存放多份当一个副本出现问题的时候，可以从其它副本生成新的副本当一个副本得到更改后，系统需要负责更改其余副本系统的缺省值是33份用户可以根据自己的需求增加//减少份数份数越多，可靠性越高，成本越高份数越少，可靠性越低，成本越低Swift可靠性机制14---多副本（Replication）弱一致性：N=3，W=2,R=1写入33份，但是只需要等待有22份写入成功，就可以告知用户，上传成功，多副本写入Swift可靠性机制15---多副本（Replication）单副本读出弱一致性：N=3，W=2，R=1只从一个副本读入，如果第一个副本有故障，则读下一个副本Swift可靠性机制16---可用区域（Zones）一个可用区域由一组具有单独故障隔离的物理硬件组成（一个具有独立电源和网络的机房，一个具有独立电源的机架）一个存储节点，一个硬盘可用区域用来区分故障的边界Swift可靠性机制17