用go实现Raft(3) - 日志压缩篇
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用go实现Raft(3) - 日志压缩篇
Raft中如直接持久化日志，在运行期间日志会无增长，于是需要一些机制来丢弃过时的日志，论文中有提单两种方式：
- 快照，将当前系统状态写入磁盘，再清理已快照状态对应的日志；
- 渐进使日志压缩，一次对部分数据进行处理，将负载在时间上均匀分布，如LSM Tree；
在之前 LSM Tree的三篇文章，我们简单实现了LSM Tree，这里我们使用LSM Tree来实现Raft的日志压缩，实现时使用与快照相同的接口、术语。
Raft要存储的数据可分为两个部分：
- 日志，顺序写入磁盘，日志更新到状态机后可删除；
- 日志的执行结果，节点按顺序执行日志，执行结果是一个状态机；
对照LSM Tree我们将日志通过预写式日志方式写入磁盘，将日志执行结果写入LSM Tree将整棵树作为Raft的状态机，LSM Tree包含了合并压缩机制，从而在Raft不需要再额外实现压缩。
为将数据写入LSM Tree，日志的内容需要可以被解析为键值对形式，为方便起见，客户端的提案内容就是键值对，这样最终实现的Raft Server会是一个键值对数据库。
定义RaftStorage如下：
type RaftStorage struct {
encoding Encoding // 日志编解码
walw *wal.WalWriter // 预写日志
logEntries *skiplist.SkipList // raft 日志
logState *skiplist.SkipList // kv 数据
immutableLogEntries *skiplist.SkipList // 上次/待写入快照 raft日志
immutableLogState *skiplist.SkipList // 上次/待写入快照 kv 数据
snap *Snapshot // 快照实例
stopc chan struct{} // 停止通道
logger *zap.SugaredLogger
}
实现日志持久化方法，raftlog在提交日志时取得日志内容，写入LSM Tree。
- 遍历日志，首先将日志记录编码写入WAL，再将日志解析为原始的键值对写入LSM Tree。
- 在LSM Tree中我们实现的WAL Writer时按键值对写入的，将日志编号作为键，日志作为值写入；
- 日志pb.LogEntry是protobuf定义的，可直接使用protobuf序列化为二进制；
- 最后检查内存中日志是否达到阈值，是否需要压缩快照。
func (rs *RaftStorage) Append(entries []*pb.LogEntry) {
for _, entry := range entries {
logKey, logValue := rs.encoding.EncodeLogEntry(entry)
rs.walw.Write(logKey, logValue)
rs.logEntries.Put(logKey, logValue)
k, v := rs.encoding.DecodeLogEntryData(entry.Data)
if k != nil {
rs.logState.Put(k, v)
}
}
rs.MakeSnapshot(false)
}
快照对应到LSM Tree为memtable的minor compaction，将数据持久化。
- 我们将Raft中的快照与LSM Tree的compaction视为同一机制，SStable文件为快照文件。
- leveldb(LSM Tree实现)中的快照机制是提供一致性视图，与此处的快照不同。
func (rs *RaftStorage) MakeSnapshot(force bool) {
if rs.logState.Size() > LOG_SNAPSHOT_SIZE || (force && rs.logState.Size() > 0) {
oldWalw := rs.walw
walw, err := rs.walw.Next()
if err != nil {
oldWalw = nil
rs.logger.Errorf("新建预写日志失败: %v", err)
} else {
rs.walw = walw
}
rs.immutableLogEntries = rs.logEntries
rs.immutableLogState = rs.logState
rs.logEntries = skiplist.NewSkipList()
rs.logState = skiplist.NewSkipList()
go func(w *wal.WalWriter, logState *skiplist.SkipList, logEntries *skiplist.SkipList) {
k, v := logEntries.GetMax()
entry := rs.encoding.DecodeLogEntry(k, v)
rs.snap.MakeSnapshot(logState, entry.Index, entry.Term)
if oldWalw != nil {
oldWalw.Finish()
}
}(oldWalw, rs.immutableLogState, rs.immutableLogEntries)
}
}
func (ss *Snapshot) MakeSnapshot(logState *skiplist.SkipList, lastIndex, lastTerm uint64) {
ss.data.FlushRecord(skiplist.NewSkipListIter(logState), fmt.Sprintf("%s@%s", strconv.FormatUint(lastIndex, 16), strconv.FormatUint(lastTerm, 16)))
ss.lastIncludeIndex = lastIndex
ss.lastIncludeTerm = lastTerm
}
加入LSM Tree后，我们的日志只有一部分能够被读取到，这些日志分别在保存在：raftlog、memtable中，添加从LSM Tree memtable读取日志方法。
func (rs *RaftStorage) GetEntries(startIndex, endIndex uint64) []*pb.LogEntry {
if startIndex < rs.snap.lastIncludeIndex {
rs.logger.Infof("日志 %d 已压缩到快照: %d", startIndex, rs.snap.lastIncludeIndex)
return nil
}
startByte := rs.encoding.EncodeIndex(startIndex)
endByte := rs.encoding.EncodeIndex(endIndex)
kvs := rs.logEntries.GetRange(startByte, endByte)
ret := make([]*pb.LogEntry, len(kvs))
for i, kv := range kvs {
ret[i] = rs.encoding.DecodeLogEntry(kv.Key, kv.Value)
}
return ret
}
如在这raftlog、memtable没有找到日志，则表明日志在被持久化到状态机后被清除，状态机中数据已是日志内容执行后的结果，无法取到原始日志，这时leader的无法向follower追加日志，我们需要将快照直接发送给follower。 添加一个新的RPC请求InstallSnashot，定义快照结构如下：
- 快照发送时，每次发送一部分给follower(便于发送失败重发)，folower自行将各部分拼接为原始文件。
enum MessageType {
...
INSTALL_SNAPSHOT = 8;
INSTALL_SNAPSHOT_RESP = 9;
...
}
message Snapshot {
uint64 lastIncludeIndex = 1;
uint64 lastIncludeTerm = 2;
uint32 level = 3;
uint32 segment = 4;
uint64 offset = 5;
bytes data = 6;
bool done = 7;
}
message RaftMessage {
···
Snapshot snapshot = 10;
}
在同步进度中加入快照信息，以便记录快照发送进度方便重发、发送下一部分。
type ReplicaProgress struct {
...
snapc chan *pb.Snapshot // 快照读取通道
prevSnap *pb.Snapshot // 上次发送快照
maybePrevSnapLost *pb.Snapshot // 可能丢失快照,标记上次发送未完成以重发
}
在leader发送日志到其他节点时检查是否需要发送快照。
- 当无法从内存中的raftlog、memtable取到待发送日志记录，即日志已被删除时，只能通过快照发送follower请求数据，依据follower需求日志编号找到对应快照文件，逐个读取发送；
- 为方便读取文件内容，用额外协程遍历读取文件，raft中通过通道接收读取到的数据，一部分发送完成后再接收下一部分；
- 发送快照时，标记该follower正在发送快照，暂停一般日志发送，直到快照发送完成，再继续进行正常日志同步；
func (r *Raft) SendAppendEntries(to uint64) {
...
entries := r.raftlog.GetEntries(nextIndex, maxSize)
size := len(entries)
if size == 0 {
if nextIndex <= r.raftlog.lastAppliedIndex && p.prevResp {
snapc, err := r.raftlog.GetSnapshot(nextIndex)
if err != nil {
r.logger.Errorf("获取快照失败: %v", err)
return
}
r.cluster.InstallSnapshot(to, snapc)
r.sendSnapshot(to, true)
return
}
} else {
r.cluster.AppendEntry(to, entries[size-1].Index)
}
...
}
func (rp *ReplicaProgress) IsPause() bool {
return rp.installingSnapshot || (!rp.prevResp && len(rp.pending) > 0)
}
func (l *RaftLog) GetSnapshot(index uint64) (chan *pb.Snapshot, error) {
return l.storage.GetSnapshot(index)
}
添加发送快照方法，快照发送与日志消息发送过程并无不同，将快照包装成RaftMessage使用send方法发出。
- 每次发送快照检查上次快照发送是否完成
- 如已完成，从快照通道读取一次数据并保存，发送读取到的数据；
- 如未完成，发送缓存的快照数据
func (r *Raft) sendSnapshot(to uint64, prevSuccess bool) {
snap := r.cluster.GetSnapshot(to, prevSuccess)
if snap == nil {
r.SendAppendEntries(to)
return
}
msg := &pb.RaftMessage{
MsgType: pb.MessageType_INSTALL_SNAPSHOT,
Term: r.currentTerm,
From: r.id,
To: to,
Snapshot: snap,
}
r.Msg = append(r.Msg, msg)
}
func (c *Cluster) GetSnapshot(id uint64, prevSuccess bool) *pb.Snapshot {
p := c.progress[id]
if p != nil {
return p.GetSnapshot(prevSuccess)
} else {
c.logger.Debugf("%s 未初始化完成，无法发送快照", strconv.FormatUint(id, 16))
}
return nil
}
func (rp *ReplicaProgress) GetSnapshot(prevSuccess bool) *pb.Snapshot {
if !prevSuccess {
return rp.prevSnap
}
if rp.snapc == nil {
return nil
}
snap := <-rp.snapc
if snap == nil {
rp.snapc = nil
rp.installingSnapshot = false
}
rp.prevSnap = snap
return snap
}
为防止快照发送丢失，在leader发送心跳时检查快照发送状态，一直未收到快照响应便重发快照。
func (r *Raft) TickHeartbeat() {
...
if r.hearbeatTick >= r.heartbeatTimeout {
r.hearbeatTick = 0
r.BroadcastHeartbeat(nil)
r.cluster.Foreach(func(id uint64, p *ReplicaProgress) {
...
// 重发快照,条件：上次快照在两次心跳内未发送完成
if p.installingSnapshot && p.prevSnap != nil && p.MaybeSnapLost(p.prevSnap) {
r.logger.Debugf("重发 %d_%s@%d_%d 偏移 %d", p.prevSnap.Level, strconv.FormatUint(p.prevSnap.LastIncludeIndex, 16), p.prevSnap.LastIncludeTerm, p.prevSnap.Segment, p.prevSnap.Offset)
r.sendSnapshot(id, false)
}
})
}
}
实现快照处理方法,将快照写入到磁盘，响应leader已收到快照。
- LSM Tree已有一些SSTable，各节点各自进行快照/压缩，导致个节点各快照文件含有键值对数据不一致，在将新快照加入树时，提交所有未提交日志，对已存在SStable进行压缩合并，使接收到的快照在更小层以覆盖重复范围、保证数据可见性与leader一致。
- 在快照添加后，加载快照数据，更新最新日志信息。
func (r *Raft) ReciveInstallSnapshot(from, term uint64, snap *pb.Snapshot) {
var installed bool
if snap.LastIncludeIndex > r.raftlog.lastAppliedIndex {
installed, _ = r.raftlog.InstallSnapshot(snap)
}
lastLogIndex, lastLogTerm := r.raftlog.GetLastLogIndexAndTerm()
r.send(&pb.RaftMessage{
MsgType: pb.MessageType_INSTALL_SNAPSHOT_RESP,
Term: r.currentTerm,
From: r.id,
To: from,
LastLogIndex: lastLogIndex,
LastLogTerm: lastLogTerm,
Success: installed,
})
}
func (l *RaftLog) InstallSnapshot(snap *pb.Snapshot) (bool, error) {
// 当前日志未提交,强制提交并更新快照
if len(l.logEnties) > 0 {
l.Apply(l.lastAppendIndex, l.lastAppendIndex)
}
// 添加快照到存储
added, err := l.storage.InstallSnapshot(snap)
if added { // 添加完成,更新最后提交
l.ReloadSnapshot()
}
return added, err
}
func (l *RaftLog) ReloadSnapshot() {
lastIndex, lastTerm := l.storage.GetLastLogIndexAndTerm()
if lastIndex > l.lastAppliedIndex {
l.lastAppliedIndex = lastIndex
l.lastAppliedTerm = lastTerm
}
}
在follower消息处理中加入快照处理。
func (r *Raft) HandleFollowerMessage(msg *pb.RaftMessage) {
switch msg.MsgType {
...
case pb.MessageType_INSTALL_SNAPSHOT:
r.ReciveInstallSnapshot(msg.From, msg.Term, msg.Snapshot)
...
}
}
实现快照响应处理，收到响应后更新快照发送进度，继续发送快照下一部分。
func (r *Raft) ReciveInstallSnapshotResult(from, term, lastLogIndex uint64, installed bool) {
if installed {
leaderLastLogIndex, _ := r.raftlog.GetLastLogIndexAndTerm()
r.cluster.ResetLogIndex(from, lastLogIndex, leaderLastLogIndex)
r.logger.Debugf("%s 快照更新 ,当前最后日志 %d ", strconv.FormatUint(from, 16), lastLogIndex)
}
r.sendSnapshot(from, true)
}
在leader消息处理中加入快照响应处理。
func (r *Raft) HandleLeaderMessage(msg *pb.RaftMessage) {
switch msg.MsgType {
...
case pb.MessageType_INSTALL_SNAPSHOT_RESP:
r.ReciveInstallSnapshotResult(msg.From, msg.Term, msg.LastLogIndex, msg.Success)
...
}
}
添加RaftStorage新建函数,读取WAL还原日志，启动协程定时写入WAL。
func NewRaftStorage(dir string, encoding Encoding, logger *zap.SugaredLogger) *RaftStorage {
// 保证文件夹存在
if _, err := os.Stat(dir); err != nil {
os.Mkdir(dir, os.ModePerm)
}
snapConf := lsm.NewConfig(path.Join(dir, "snapshot"), logger)
snapConf.SstSize = LOG_SNAPSHOT_SIZE
// 从文件夹恢复快照状态
snap, err := NewSnapshot(snapConf)
if err != nil {
logger.Errorf("读取快照失败", err)
}
// 从raft日志还原实际数据
logEntries, w := restoreLogEntries(dir, encoding, snap, logger)
logState, _, _ := encoding.DecodeLogEntries(logEntries)
s := &RaftStorage{
walw: w,
logEntries: logEntries,
logState: logState,
snap: snap,
notifyc: make(chan []*pb.MemberChange),
stopc: make(chan struct{}),
encoding: encoding,
logger: logger,
}
lastIndex, lastTerm := s.GetLastLogIndexAndTerm()
logger.Infof("存储最后日志 %d 任期 %d ,快照最后日志 %d 任期 %d ", lastIndex, lastTerm, snap.lastIncludeIndex, snap.lastIncludeTerm)
// 定时刷新预写日志
s.checkFlush()
return s
}
func restoreLogEntries(dir string, encoding Encoding, snap *Snapshot, logger *zap.SugaredLogger) (*skiplist.SkipList, *wal.WalWriter) {
walDir := path.Join(dir, "wal")
if _, err := os.Stat(walDir); err != nil {
os.Mkdir(walDir, os.ModePerm)
}
memLogs := make(map[int]*skiplist.SkipList, 1)
wals := *new(sort.IntSlice)
// 文件处理回调
callbacks := []func(string, fs.FileInfo){
func(name string, fileInfo fs.FileInfo) {
info := strings.Split(name, ".")
if len(info) != 2 {
return
}
seqNo, err := strconv.Atoi(info[0])
if err != nil {
return
}
// 文件为wal类型时，尝试还原日志
if info[1] == "wal" {
file := path.Join(walDir, strconv.Itoa(seqNo)+".wal")
db, err := wal.Restore(file)
if err != nil {
logger.Errorf("还原 %s 失败:%v", file, err)
}
if db != nil {
wals = append(wals, seqNo)
memLogs[seqNo] = db
}
}
},
}
// 扫描文件夹，执行回调
if err := utils.CheckDir(walDir, callbacks); err != nil {
logger.Errorf("打开db文件夹 %s 失败: %v", walDir, err)
}
var logEntries *skiplist.SkipList
var seq int
// 重新排序预写日志序号
wals.Sort()
// 取最新序号预写日志继续使用
if wals.Len() > 0 {
seq = wals[wals.Len()-1]
logEntries = memLogs[seq]
delete(memLogs, seq)
}
if logEntries == nil {
logEntries = skiplist.NewSkipList()
}
// 打开预写日志wal
w, err := wal.NewWalWriter(walDir, seq, logger)
if err != nil {
logger.Errorf("创建wal writer失败: %v", walDir, err)
}
// 将旧预写日志更新到快照
for seq, logEntry := range memLogs {
snap.MakeSnapshot(encoding.DecodeLogEntries(logEntry))
os.Remove(path.Join(walDir, strconv.Itoa(seq)+".wal"))
}
return logEntries, w
}
在启动节点时加入RaftSorage。
func Bootstrap(conf *Config) *RaftServer {
dir := path.Join(conf.Dir, conf.Name)
storage := raft.NewRaftStorage(dir, &raft.SimpleEncoding{}, conf.Logger)
...
if len(peers) != 0 {
...
node = raft.NewRaftNode(nodeId, storage, peers, conf.Logger)
...
}
...
server := &RaftServer{
...
storage: storage,
...
}
return server
}
KV Server实现
定义grpc服务，添加键值对查询、添加、删除，服务器注册接口。
- 连接到服务需要提供 token
- 查询时需要提供 key
- 添加时需要提供 key、value
- 删除时需要提供 key
- 添加/删除会对状态机造成影响，再raft中需进行提案，封装为Command
service Kvdb {
rpc register(Auth) returns (Response) {}
rpc get(ReadonlyQuery) returns (Response) {}
rpc put(Request) returns (Response) {}
rpc delete (Request) returns (Response) {}
}
message Auth { string token = 1; }
message ReadonlyQuery { bytes key = 1; }
message PutCommand { repeated KvPair data = 1; }
message DeleteCommand { repeated bytes keys = 1; }
message KvPair {
bytes key = 1;
bytes value = 2;
}
enum Operate {
PUT = 0;
DELETE = 1;
}
message Command {
Operate operateType = 1;
PutCommand put = 2;
DeleteCommand del = 3;
}
定义请求、响应
- 请求含： 客户端编号、命令序列号、请求体（查询请求、需执行命令）
- 响应含： 请求状态、信息、键值对(查询返回)、客户端编号(注册返回)
message Request {
uint64 clientId = 1;
uint64 seq = 2;
Command cmd = 3;
ReadonlyQuery query = 4;
}
message Response {
bool success = 1;
repeated KvPair data = 3;
uint64 clientId = 2;
string msg = 4;
}
使Raft Server继承KvdbServer接口
type RaftServer struct {
pb.RaftServer
clientpb.KvdbServer
...
}
实现添加键值对到Raft集群方法
- 从客户端得到键值对后需要提案到raft集群中，需要将键值对再进行编码，提案在集群达成共识后，再解码为原始键值对写入LSM Tree。
func (s *RaftServer) Put(ctx context.Context, req *clientpb.Request) (*clientpb.Response, error) {
if !s.node.Ready() {
return &clientpb.Response{Success: false}, fmt.Errorf("集群未就绪")
}
for _, kp := range req.Cmd.Put.Data {
err := s.put(kp.Key, kp.Value)
if err != nil {
return &clientpb.Response{Success: false}, err
}
}
return &clientpb.Response{Success: true}, nil
}
func (s *RaftServer) put(key, value []byte) error {
data := s.encoding.EncodeLogEntryData(s.encoding.DefaultPrefix(key), value)
ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 30*time.Second)
defer cancel()
return s.node.Propose(ctx, []*pb.LogEntry{{Data: data}})
}
定义日志的编解码接口，对键值对/日志进行编解码。
type Encoding interface {
// 编码日志索引
EncodeIndex(index uint64) []byte
// 解码日志索引
DecodeIndex(key []byte) uint64
// 编码日志条目
EncodeLogEntry(entry *pb.LogEntry) ([]byte, []byte)
// 解码日志条目
DecodeLogEntry(key, value []byte) *pb.LogEntry
// 批量解码日志条目(raft log -> kv )
DecodeLogEntries(logEntry *skiplist.SkipList) (*skiplist.SkipList, uint64, uint64)
// 编码日志条目键值对
EncodeLogEntryData(key, value []byte) []byte
// 解码日志条目键值对
DecodeLogEntryData(entry []byte) ([]byte, []byte)
}
在集群中我们已经使用了protobuf对日志进行序列化/反序列化，对键值对的编解码我们也直接使用protobuf，实现如下：
type ProtobufEncoding struct {
}
func (pe *ProtobufEncoding) EncodeIndex(index uint64) []byte {
b := make([]byte, 8)
binary.BigEndian.PutUint64(b, index)
return b
}
func (pe *ProtobufEncoding) DecodeIndex(key []byte) uint64 {
return binary.BigEndian.Uint64(key)
}
func (pe *ProtobufEncoding) EncodeLogEntry(entry *pb.LogEntry) ([]byte, []byte) {
data, _ := proto.Marshal(entry)
return pe.EncodeIndex(entry.Index), data
}
func (pe *ProtobufEncoding) DecodeLogEntry(key, value []byte) *pb.LogEntry {
var entry pb.LogEntry
proto.Unmarshal(value, &entry)
return &entry
}
func (pe *ProtobufEncoding) EncodeLogEntryData(key, value []byte) []byte {
data, _ := proto.Marshal(&clientpb.KvPair{Key: key, Value: value})
return data
}
func (pe *ProtobufEncoding) DecodeLogEntryData(entry []byte) ([]byte, []byte) {
var pair clientpb.KvPair
proto.Unmarshal(entry, &pair)
return pair.Key, pair.Value
}
func (pe *ProtobufEncoding) DecodeLogEntries(logEntry *skiplist.SkipList) (*skiplist.SkipList, uint64, uint64) {
var index uint64
var term uint64
if logEntry.Size() == 0 {
return skiplist.NewSkipList(), index, term
}
k, v := logEntry.GetMax()
max := pe.DecodeLogEntry(k, v)
index = max.Index
term = max.Term
kvSL := skiplist.NewSkipList()
it := skiplist.NewSkipListIter(logEntry)
for it.Next() {
entry := pe.DecodeLogEntry(it.Key, it.Value)
if entry.Type == pb.EntryType_NORMAL {
key, value := pe.DecodeLogEntryData(entry.Data)
if key != nil {
kvSL.Put(key, value)
} else {
kvSL.Put(pe.MemberPrefix(it.Key), it.Value)
}
}
}
return kvSL, index, term
}
实现查询接口，使用指定key查询数据
func (s *RaftServer) Get(ctx context.Context, req *clientpb.ReadonlyQuery) (*clientpb.Response, error) {
var res *clientpb.Response
if s.node.IsLeader() {
value, err := s.get(req.Key)
if err != nil {
res = &clientpb.Response{Success: false, Msg: fmt.Sprintf("查询key失败: %s", err.Error())}
} else {
res = &clientpb.Response{Success: true, Data: []*clientpb.KvPair{{Key: req.Key, Value: value}}}
}
} else {
res = &clientpb.Response{Success: false}
}
return res, nil
}
快照发送实现
定义实际快照如下:
type SnapshotSegment struct {
LastIncludeIndex uint64 // 最后包含日志
LastIncludeTerm uint64 // 最后包含任期
datac []chan *lsm.RawNodeData // 数据读取通道
}
// 快照文件
type SnapshotFile struct {
fd *os.File
level int // sst level
segment int // 文件在快照对应片段序号(SnapshotSegment.datac 下标)
offset uint64 // 已读取偏移
done bool // 是否读取完成
}
type Snapshot struct {
dir string
data *lsm.Tree // lsm 保存实际数据
lastIncludeIndex uint64 // 最后包含日志
lastIncludeTerm uint64 // 最后包含任期
installingSnap map[string]*SnapshotFile // 对应快照文件
logger *zap.SugaredLogger
}
实现快照文件查找方法，依据follower节点最新日志编号，找到需要发送的快照文件。
- 已实现的LSM Tree中没有日志编号数据，于是我们在每次将内存数据写入磁盘SSTable时，将对应最后包含日志编号、任期记入文件名称，这样当需求日志编号LSM Tree第0层找到时，可以只发送部分SStable文件，如在其他层，日志编号信息已丢失，需将文件全部发送。
func (ss *Snapshot) GetSegment(index uint64) (chan *pb.Snapshot, error) {
size := int64(4 * 1000 * 1000)
send := make([]*SnapshotSegment, 0)
tree := ss.data.GetNodes()
var find bool
// 0层文件最后包含日志完整，可单个发送
for i := len(tree[0]) - 1; i >= 0; i-- {
n := tree[0][i]
lastIndex, lastTerm, err := getLastIncludeIndexAndTerm(n)
if err != nil {
return nil, fmt.Errorf("获取需发送快照失败: %v", err)
}
if lastIndex <= index {
find = true
break
}
ss.logger.Debugf("日志 %d 对应快照文件 %d_%d, 最后日志 %d 任期 %d", index, n.Level, n.SeqNo, lastIndex, lastTerm)
send = append(send, &SnapshotSegment{
LastIncludeIndex: lastIndex,
LastIncludeTerm: lastTerm,
datac: []chan *lsm.RawNodeData{n.ReadRaw(size)},
})
}
if !find {
// 非0层文件，最后包含日志在lsm合并时会按大小拆分，最后包含日志存在误差，需发送全部
for i, level := range tree[1:] {
var lastIndex uint64
var lastTerm uint64
for _, n := range level {
nodeLastIndex, nodeLastTerm, err := getLastIncludeIndexAndTerm(n)
if err != nil {
return nil, fmt.Errorf("获取需发送快照失败: %v", err)
}
if nodeLastIndex > lastIndex {
lastIndex = nodeLastIndex
lastTerm = nodeLastTerm
}
}
if lastIndex > 0 {
datac := make([]chan *lsm.RawNodeData, len(level))
for j, n := range level {
datac[j] = n.ReadRaw(size)
}
send = append(send, &SnapshotSegment{
LastIncludeIndex: lastIndex,
LastIncludeTerm: lastTerm,
datac: datac,
})
}
}
}
snapc := make(chan *pb.Snapshot)
go ss.readSnapshot(send, snapc)
return snapc, nil
}
实现快照文件读取，遍历需发送快照信息，按发送大小读取文件，包装为InstallSnapshot请求，发送到快照读取通道。
func (ss *Snapshot) readSnapshot(send []*SnapshotSegment, snapc chan *pb.Snapshot) {
defer close(snapc)
// 倒序遍历待发送快照，逐个读取文件发送
for i := len(send) - 1; i >= 0; i-- {
for j := len(send[i].datac) - 1; j >= 0; j-- {
readc := send[i].datac[j]
for {
data := <-readc
if data == nil {
break
}
if data.Err != nil {
ss.logger.Errorf("读取快照文件 %d_%d 失败: %v", data.Level, data.SeqNo, data.Err)
return
}
snap := &pb.Snapshot{
LastIncludeIndex: send[i].LastIncludeIndex,
LastIncludeTerm: send[i].LastIncludeTerm,
Level: uint32(data.Level),
Segment: uint32(j),
Data: data.Data,
Offset: uint64(data.Offset),
Done: data.Done,
}
snapc <- snap
if data.Done {
break
}
}
}
}
}
func (n *Node) ReadRaw(perSize int64) chan *RawNodeData {
readc := make(chan *RawNodeData)
remain := n.FileSize
var offset int64
var data []byte
var err error
var done bool
n.wg.Add(1)
go func() {
defer func() {
close(readc)
n.wg.Done()
}()
for remain > 0 {
if remain > perSize {
data, err = n.sr.Read(offset, perSize)
} else {
data, err = n.sr.Read(offset, remain)
if err == nil {
done = true
}
}
if err != nil {
err = fmt.Errorf("读取 %d_%d_%s 数据失败: %v", n.Level, n.SeqNo, n.Extra, err)
}
readc <- &RawNodeData{Level: n.Level, SeqNo: n.SeqNo, Offset: offset, Data: data, Done: done, Err: err}
if err != nil {
break
} else {
readSize := int64(len(data))
offset += readSize
remain -= readSize
}
}
}()
return readc
}
实现快照文件接收，各文件独立接收管理进度，当文件接收完成将文件合并到已存在的LSM Tree中。
func (ss *Snapshot) AddSnapshotSegment(segment *pb.Snapshot) (bool, error) {
var err error
var sf *SnapshotFile
tmpPath := path.Join(ss.dir, "tmp")
if ss.installingSnap == nil {
ss.installingSnap = make(map[string]*SnapshotFile)
}
extra := fmt.Sprintf("%s@%d", strconv.FormatUint(segment.LastIncludeIndex, 16), segment.LastIncludeTerm)
file := fmt.Sprintf("%d_%s_%d.sst", segment.Level, extra, segment.Segment)
// 片段偏移为0,新建文件
if segment.Offset == 0 {
if _, err := os.Stat(tmpPath); err != nil {
os.Mkdir(tmpPath, os.ModePerm)
}
filePath := path.Join(tmpPath, file)
// 文件已存在，关闭旧文件写入并删除文件
old, exsit := ss.installingSnap[file]
if exsit {
old.fd.Close()
}
os.Remove(filePath)
// 创建临时文件，保存句柄
fd, err := os.OpenFile(filePath, os.O_WRONLY|os.O_CREATE, 0644)
if err != nil {
ss.logger.Errorf("创建临时快照文件%s失败:%v", file, err)
return false, err
}
sf = &SnapshotFile{fd: fd, level: int(segment.Level), segment: int(segment.Segment), offset: 0}
ss.installingSnap[file] = sf
} else { // 偏移不为0,查找已存在文件
sf = ss.installingSnap[file]
if sf == nil {
ss.logger.Errorf("未找到临时快照文件%s", file)
return false, err
}
if sf.offset != segment.Offset {
ss.logger.Errorf("临时快照文件%s 偏移与接收段偏移不一致", file)
return false, err
}
}
// 写入片段到文件
n, err := sf.fd.Write(segment.Data)
if err != nil {
ss.logger.Errorf("写入临时快照文件%s失败:%v", file, err)
return false, err
}
// 片段写入完成
if segment.Done {
sf.fd.Close()
sf.done = true
if segment.Level == 0 { // 文件为第0层，单个文件为快照,合并到lsm
ss.data.Merge(0, extra, path.Join(tmpPath, file))
delete(ss.installingSnap, file)
ss.lastIncludeIndex = segment.LastIncludeIndex
ss.lastIncludeTerm = segment.LastIncludeTerm
return true, nil
} else { // 快照不为0层，存在多个文件，片段序号0表示最后一个文件
var complete bool
done := true
// 检查同层是否所有文件传输完成
for _, v := range ss.installingSnap {
if v.level == int(segment.Level) {
done = done && v.done
if v.segment == 0 {
complete = true
}
}
}
// 全部文件传输完成，合并所有文件到层
if complete && done {
for k, v := range ss.installingSnap {
ss.data.Merge(v.level, extra, path.Join(tmpPath, k))
delete(ss.installingSnap, k)
}
ss.lastIncludeIndex = segment.LastIncludeIndex
ss.lastIncludeTerm = segment.LastIncludeTerm
return true, nil
}
}
} else {
sf.offset += uint64(n)
}
return false, err
}
func (t *Tree) Merge(level int, extra string, filePath string) error {
// 强制合并指定层之前数据
if level > 0 && level < t.conf.MaxLevel {
for i := 0; i < level; i++ {
for len(t.tree[i]) > 0 {
err := t.compaction(i)
if err != nil {
return err
}
}
}
}
// 移动&重命名文件
newFile := formatName(level, t.NextSeqNo(level), extra)
os.Rename(filePath, path.Join(t.conf.Dir, newFile))
// 加载文件数据
t.LoadNode(newFile)
return nil
}
参考：
转载自:https://juejin.cn/post/7238220277976137783