DistributedLog分布式高性能日志復(fù)制服務(wù)

DL是一個高性能的日志復(fù)制服務(wù)，提供了持久化、復(fù)制以及強一致性的功能，這對于構(gòu)建可靠的分布式系統(tǒng)都是至關(guān)重要的，如復(fù)制狀態(tài)機（replicated-state-machines）、通用的發(fā)布/訂閱系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫以及分布式隊列。

DistributedLog會分類維護記錄的序列（sequences of records），并將其稱為Log（又叫做Log Stream），將記錄寫入到DL Log的進程稱之為Writer，從Log中讀取并處理記錄的進程稱之為Reader。因此，它整體的軟件棧如下所示：

具體來講，它包含如下幾個組成部分：

Log

Log是有序的、不可變的日志記錄（log record），它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：

日志記錄

每條日志記錄都是一個字節(jié)序列。日志記錄會按照序列寫入到日志流中，并且會分配一個名為DLSN（分布式序列號，DistributedLog Sequence Number）的唯一序列號。除了DLSN以外，應(yīng)用程序還可以在構(gòu)建日志記錄的時候設(shè)置自己的序列號，應(yīng)用程序所定義的序列號稱為TransactionID（txid）。不管是DLSN還是TransactionID都能用來定位Reader，使其從特定的日志記錄開始讀取。

Log分段（Log Segments）

Log會被分解為Log分段，每個分段中包含了其記錄的子集。Log分段是分布式的，應(yīng)該放到Log分段存儲中（如BookKeeper）。DistributedLog會基于配置好的策略來輪詢每個Log分段，要么是可配置的時間段（如每兩個小時），要么是可配置的最大規(guī)模（如每128MB）。所以Log的數(shù)據(jù)將會分為同等大小的Log分段，并且均勻分布到Log分段存儲節(jié)點上。這樣，Log的存儲就不會局限于單臺服務(wù)器的限制，同時，能夠在集群中分散讀取的流量。

Log的數(shù)據(jù)可以永遠保存，直到應(yīng)用程序顯式地將其截斷，也可以在一個可配置的時間段內(nèi)保存。對于構(gòu)建復(fù)制狀態(tài)機來說，顯式截斷會非常有用，如分布式數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)何時能夠截斷這一點上，它們往往有著嚴(yán)格的控制。基于時間保留Log對于實時分析的場景更為有用，它們只關(guān)心一定時間內(nèi)的數(shù)據(jù)。

命名空間

屬于同一組織的Log流通常會歸類在同一個命名空間（namespace）下，并據(jù)此進行管理。DL的命名空間基本上就是用來定位Log流在何處的。應(yīng)用程序可以在某個命名空間下創(chuàng)建和刪除流，也能將某個流截斷到給定的序列號上（DLSN或TransactionID均可以）。

Writer

Writer會將數(shù)據(jù)寫入到它們所選擇的Log中。所有的記錄都會按照順序添加到Log之中。序列號是由Writer所負責(zé)的，這就意味著對于某個Log，在給定的時間點上，只能有一個激活的Writer。當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)（network partition），導(dǎo)致兩個Writer試圖往同一個Log進行寫入的時候，DL會保證其正確性，這是通過Log分段存儲的屏障（fencing）來實現(xiàn)的。

Writer由名為Write Proxy的服務(wù)層來提供和管理，Write Proxy用來接受大量客戶端的fan-in寫入。

Reader

Reader會從它們所選擇的Log中讀取記錄，這會在一個給定的位置開始。這個給定的位置可以是DLSN，也可以是TransactionID。Reader將會嚴(yán)格按照Log的順序讀取記錄。在同一個Log中，不同的Reader可以在不同的起始位置讀取記錄。

與其他的訂閱/發(fā)布系統(tǒng)不同，DistributedLog并不會記錄/管理Reader的位置，它將跟蹤的任務(wù)留給了應(yīng)用程序本身，因為不同的應(yīng)用在跟蹤和協(xié)調(diào)位置上可能會有不同的需求，很難用一種方式就將這些需求全部解決。在應(yīng)用程序?qū)用妫柚鞣N存儲（如ZooKeeper、FileSystem或Key/Value存儲）能夠很容易地跟蹤Reader的位置。

Log記錄可以緩存在名為Read Proxy的服務(wù)層中，從而應(yīng)對大量Reader的讀取。

Fan-in與Fan-out

DistributedLog的核心支持單Writer、多Reader的語義。服務(wù)層構(gòu)建在DistributedLog Core之上，支持大量的Writer和Reader。服務(wù)層包含Write Proxy和Read Proxy，Write Proxy管理Log的Writer，并且在機器宕機時，能夠?qū)λ鼈冞M行故障恢復(fù)。它能夠從眾多來源聚集Writer，允許不必關(guān)心Log的所有權(quán)（又稱為Fan-in）。Read Proxy通過將記錄放到緩存中，優(yōu)化了Reader的讀取路徑，以應(yīng)對成百上千的Reader讀取同一個Log流的狀況。

作為一個日志服務(wù)，DistributedLog的優(yōu)勢可以總結(jié)為:

• 高性能：面對大量的并發(fā)日志時，在可持久化的Writer上DL能夠提供毫秒級的延遲，同時還能應(yīng)對上千客戶端每秒大量的讀取和寫入操作。

• 持久化和一致性：消息會持久化到磁盤上，并且以副本的形式存儲多份，從而避免丟失。通過嚴(yán)格的順序，保證Writer和Reader之間的一致性。

• 各種工作負載：DL支持各種負載，包括延遲敏感的在線事務(wù)處理（OLTP）應(yīng)用（如分布式數(shù)據(jù)庫的WAL和基于內(nèi)存的復(fù)制狀態(tài)機）、實時的流提取和計算以及分析處理。

• 多租戶：針對實際的工作負載，DL的設(shè)計是I/O隔離的，從而支持多租戶的大規(guī)模日志。

• 分層架構(gòu)：DL有一個現(xiàn)代化的分層設(shè)計，它將有狀態(tài)的存儲層與無狀態(tài)的服務(wù)提供層進行了分離，能夠使存儲的擴展獨立于CPU和內(nèi)存，因此支持大規(guī)模的寫入fan-in和讀取fan-out。