Ceph源码目录架构

 简介

该代码架构基于版本10.0.5整理，先整理根目录里的代码，再整理出src目录的架构。

2 代码架构

2.1 Ceph源码根目录

Ceph的根目录下包含了一些文件夹和若干编译、代码格式相关的文件。

[admin]：架设Document服务器，包括依赖内容并介绍修改doc的流程。

[bin]：目前只包含一个在当前目录针对所有内容生产tar包的脚本

[cmake]：Ceph对cmake的支持。CMake 是一个跨平台的自动化安装编译系统,它使用一个名为 CMakeLists.txt 的文件来描述构建过程,可以产生标准的构建文件,如 Unix 的 Makefile 或Windows Visual C++ 的 projects/workspaces 。文件 CMakeLists.txt 需要手工编写,也可以通过编写脚本进行半自动的生成。CMake 提供了比 autoconfig 更简洁的语法。

[debian]：用于制作debian（Ubuntu）安装包的相关脚本和文件。

[doc]：Ceph文档系统的源码，Ceph的文档和manpages都使用rst格式，该目录的内容将通过doc web服务器导出，最终效果如：http://docs./docs/master/

[etc]：Ceph的etc文件

[examples]：一些Ceph开发、命令使用、trace使用的例子。

[qa]：各个模块的功能测试（测试脚本和测试代码）

[src]：Ceph各个模块的源码目录

[systemd]：Ceph对于systemd的支持目录

[udev]：Ceph的udev规则

AUTHORS：记录了Ceph的Maintainer、CTL（Component Technical Leads）以及Contributors信息。

do_autogen.sh/autogen.sh/configure.ac：生成configure文件

run-cmake-check.sh ：使用cmake编译ceph，适用于首次自动化编译，自动安装依赖包，需要运行用户有安装包的权限。
run-make-check.sh ：使用make编译ceph，适用于首次自动化编译，自动安装依赖包，需要运行用户有安装包的权限。

Makefile.am：用于生成Makefile文件

ceph.spec.in：Ceph打包的spec文件

CMakeLists.txt：CMake工具使用的描述文件

CodingStyle：Ceph的代码编写规范

2.2 Ceph src目录内容

src目录包含了Ceph主要模块的源码，整体上可以分为三层，如下图所示：

基础层包含了与业务无关的各类模块，例如对数值类型的定义、线程池、序列化等。

[include]：头文件，包含各种基本类型的定义，简单通用功能等。 

[common]：共有模块，包含各类共有机制的实现，例如线程池、管理端口、节流阀等。

[log]：日志模块，主要负责记录本地log信息（默认/var/log/ceph/目录） 

[global]：全局模块，主要是声明和初始化各类全局变量（全局上下文）、构建驻留进程、信号处理等。

[tracing]：Ceph tracing模块，目前支持使用lttng，可以在该目录下定义lttng的tracepoint。

2）Component

组件层是为实现各项业务提供的功能组件，例如消息通讯、认证授权、数据分布算法等。

[crush]：Crush模块，Ceph的数据分布算法 。其中CrushCompiler.cc主要负责对crushtool命令传入的crushmap.txt进行compile和parse(parse_tunable、parse_device、parse_bucket_type、parse_bucket、parse_rule），拿parse rule来说，解析后会通过CrushWrapper.h中的add_rule调用builder.cc的crush_add_rule实现rule的添加。总的来说crush.h 中定义了crush_map的结构和四种bucket类型，builder.c文件定义了crushmap中关于rule、bucket的增删改查操作。mapper定义了crushmap中的step、choose操作，而hash.c中定义了crush中使用的rjenkins算法。

[os]：对象存储（Object Store）模块，用于实现本地的对象存储功能，目前包括：bluestore、filestore、kstore、memstore；其中*store的基类为ObjectStore，定义在ObjectStore.h中。常用的是FileStore，定义在filestore目录，而Ceph为了解决性能问题，目前正在全力开发bluestore。这里先主要关注一下FileStore，在FileStore.h中主要定义了FileStore和FileStoreBackend两个类，其中FileStore中定义了Op的操作模型（OpWQ、OpSequencer）和transaction的操作模型，它继承自JournalingObjectStore类。而FileStoreBackend类定义了FileStore获取后端具体文件系统的一些操作。

[auth]：授权模块，实现了三方认知机制。 

[msg]：消息通讯模块， OSD使用msg模块进行网络通讯，包括监听客户端的IO，与其它osd收发消息，以及与mon进行通讯等。该目录下包括用于定义通讯功能的抽象类Messenger以及目前的实现SimpleMessager、AsyncMessenger、XIO。

[messages]：消息模块，定义了Ceph各节点之间消息通讯中用到的消息类型。

[osdc]：OSD客户端（OSD Client），主要包括Objecter、ObjectCacher、Striper、Filer和Journaler。Objecter主要是将request封装成对应的Ops、计算出request需要发送的OSD并且以message的方式将Op发送出去。ObjectCacher是client端的Cache层。Stripper是将一个块设备映射成object，而Filer是把file的range映射成object。Journaler主要是用于MDS的

[kv]：定义了keyvaluestore的后端存储实现。

[cls]：针对第三方插件的支持。

3）SubSystem

子系统层即Ceph中各个功能节点，包括:

[mon]：Monitor作为Ceph集群状态管理者管理MonMap、PGMap和OSDMap，其主要由各种Monitor组件组成，并使用Paxos协议实现Mon之间数据同步来保证数据一致性，通过quorum协议来保证Mon之间的高可用。

• AuthMonitor、LogMonitor、MDSMonitor、MonmapMonitor、OSDMonitor、PGMonitor、HealthMonitor
• MonMap、PGMap、OSDMap
• MonClient、MonCommands
• Paxos、PaxosService、QuorumService
• DataHealthService、HealthService、ConfigKeyService
• MonitorDBStore

[osd]：定义了后端OSD、PG相关的类和处理逻辑。 在OSD模块中，最核心、也是实际处理IO请求和故障恢复的模块类是PG。 PG是一个对象的集合，包含对象名称的哈希值与PG的ID相符的所有对象。而在Ceph的软件设计中，PG是osd中处理IO的类，即属于某一个PG的对象的请求，全部由该对象对应的PG类的实例进行处理。 相对于PG，OSD实际扮演了一个服务者的角色，即为PG提供了以下服务：1）通过调用os模块提供本地存储服务；2）通过调用msg模块提供消息通讯服务；3）通过提供线程池提供计算服务。 可以将OSD理解为PG的运行环境。PG“生活”在某一个OSD中，也可能由于系统的变化，而迁移到另一个OSD中，这一过程实际也就是数据迁移的过程。

学习osd模块可以从一下类开始，稍后会整理出各类的作用以及相互之间的关系。

• OSD、OSDService、OSDMap
• PG、PGBackend、ReplicatedPG、ReplicatedBackend、PGLog
• ECBackend、ECTransaction
• HitSet

[mds]：MDS定义了维护了CephFS中的元数据，包括文件系统的树形结构、文件的属性、访问控制信息等，这些数据都是存在MDS节点的内存中，而真正的数据是存储在Rados里的。

• MDSDaemon、MDSRank、MDSMap、Beacon、MDCache、MDBalancer
• CDir、CDentry、CInode
• MDSTable、InoTable

[client]：Client主要定义了CephFS client端的代码。

[rbd]：实现包括两部分：krbd（kernel版的rbd，源码在drivers/block/rbd.c）和librbd。

[rgw]：实现了rgw的功能，rgw的主要作用是协议转换，即把HTTP协议的请求转化为RGW Object再转换为Rados Object，交由Rados处理。

[tools]：Ceph中的各种工具的实现：cephfs、rados、rbd、rbd-nbd、ceph-authtool、ceph-conf、ceph-kvstore-tool、ceph-monstore-tool、ceph-objectstore-tool、crushtool、monmaptool、osdmaptool

[librados]：librados实现了rados层的接口，其中几个重要的数据结构有Rados、RadosClient、IoCtx、IoCtxImpl。IoCtx（include/rados/librados.hpp）是Rados I/O的一个上下文，其定义了大部分的I/O接口如read、write等；

上图中的每一个模块对应Ceph的src目录下的一个目录，还有部分目录没有体现在该图中，这些通常是一些辅助性质的目录，详细情况可以参考《Ceph源代码目录结构详解》。

从图中可以看出，整个Ceph从依赖关系角度，大体可以划分为三个层次：

1. 基础层（Base）
基础层包含了如业务无关的各类模块，例如对数值类型的定义、线程池、序列化等。

基础层包括以下模块：

• include：包含数值类型的定义、API的定义、容器类、Buffer、枚举、序列化等

• common：包含业务无关的通用模块，例如定时器、字符串处理、CRC、多线程、心跳、应用对象管理接口、配置文件解析等。

• log：日志记录功能

• global：全局的初始化、信号量处理等。

2. 组件层（Component）
组件层是为实现各项业务提供的功能组件，例如消息通讯、认证授权、数据分布算法等。

组件层包括以下模块：

• auth：认证授权模块

• crush：CRUSH数据分布算法

• os（ObjectStore）：对象存储，将本地存储组织为支持事务的本地存储接口，只用于OSD

• msg：消息通讯

• messages：各类消息的定义

• osdc（osd client）：osd的客户端，用于访问osd的数据

• cls：插件机制

3. 子系统层（SubSystem）
子系统层即Ceph中各个功能节点，包括mon、osd、mds、client

子系统层包括以下功能模块：

• mon：监控节点

• osd：对象存储设备

• mds：元数据服务器，用于CephFS的元数据管理

• client：对osdc、mdsc的封装

在以上模块中，并没有提到RBD和RGW，因为严格说来，这两种仅仅是基于RADOS实现的一种应用，可以作为单独的系统进行分析。实际 上，CephFS也可以作为基于RADOS的一个应用来对待，但由于CephFS对应的mds和client与整个Ceph紧耦合（历史原因），所以我们 把这两个模块一并放到了整个Ceph的软件架构中。