基于分布式系统的粗粒度锁服务

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1、基于分布式系统的粗粒度锁服务Chubby丁嵩、王靖轩、董嵬、蒋竞{dingsong,wjx,dongwei,jiangjing@net.pku.edu.cn}摘要本文设计并实现提供粗粒度的锁服务Chubby系统。Chubby系统基于松耦合分布式系统提供可靠的存储。软件开发者直接在程序中调用chubby的锁服务，来保证数据操作的一致性。这种锁是建议性的，而不是强制性的锁，具有更大的灵活性。在实现时，客户端缓存数据，减少对主服务器的访问量；主服务器通过通报机制，定期向客户端发送更新消息；提供档案文件，存储服务的参数及相关信息，而不需要建立并维护另一个服务。同时，我们希望尽可能地保证高

2、可用性、高可靠性和高可扩展性。1介绍Chubby系统提供粗粒度的锁服务，并且基于松耦合分布式系统设计可靠的存储。软件开发者不需要使用复杂的同步协议，而是直接在程序中调用chubby的锁服务，来保证数据操作的一致性。这种锁是建议性的，而不是强制性的锁，具有更大的灵活性。客户端缓存数据，减少对主服务器的访问量。主服务器通过通报机制，定期向客户端发送更新消息。Chubby系统具有广泛的应用场景，在分布式环境的开发中扮演重要作用。Chubby系统让客户端进行同步并且协调配置环境，方便程序员进行分布式系统中一致性服务的开发。例如，google的GFS系统直接使用chubby选取主服务器；g

3、oogle的bigtable中使用chubby完成主服务选取、用户发现、表格锁服务等；软件开发者使用chubby粗粒度的分配任务；在编写并发程序时，使用chubby提供的共享锁或者独占锁，保证数据的一致性。Chubby系统本质上是一个分布式的文件系统，存储大量的小文件。每一个文件就代表了一个锁，并且保存一些应用层面的小规模数据。用户通过打开、关闭和读取文件，获取共享锁或者独占锁；并且通过通信机制，向用户发送更新信息。例如，当一群机器选举mater时，这些机器同时申请打开某个文件，并请求锁住这个文件。成功获取锁的服务器当选主服务器，并且在文件中写入自己的地址。其他服务器通过读取文件

4、中的数据，获得主服务器的地址信息。2背景在Chubby系统[1]中，使用Paxos[2][3][4]保证备份的一致性。我们使用ICE[5]来实现异步方法调用、分派，以保证服务器端数据的一致性。下面简单介绍ICE：ICE是“一种现代的面向对象中间件，可用于替代像CORBA或COM/DCOM/COM+这样的中间件。在易于学习的同时，它为各种有着苛刻的技术要求的应用提供了强大的网络基础设施。Ice主要具有以下特点：ò面向对象的规范语言ò易于使用的C++和Java映射ò非常高效的协议，还可以进行协议压缩ò异步方法调用（asynchronousmethodinvocation）ò异步方法分

5、派（asynchronousmethoddispatch）ò动态的传输插件òTCP/IP和UDP/IP支持，以及基于SSL的安全性òIce防火墙解决方案，支持回调3Chubby系统设计3.1系统概述Chubby系统提供粗粒度的锁服务，并且基于松耦合分布式系统设计可靠的存储。Chubby系统提供建议性的锁，而不是强制性的锁；强调锁服务的可用性、可靠性。Chubby系统本质上是一个分布式的文件系统，存储大量的小文件。每一个文件就代表了一个锁，并且保存一些应用层面的小规模数据。用户通过打开、关闭和读取文件，获取共享锁或者独占锁；并且通过通信机制，向用户发送更新信息。例如，当一群机器选举

6、mater时，这些机器同时申请打开某个文件，并请求锁住这个文件。成功获取锁的主服务器当选主服务器，并且在文件中写入自己的地址。其他主服务器通过读取文件中的数据，获得主服务器的地址信息。3.2系统目标Chubby系统的设计目标主要有六点：支持粗粒度的锁服务：基于松耦合分布式系统的可靠存储，向用户提供粗粒度锁服务。高可用性和高可靠性：保证锁服务的高可用性和高可靠性，同时提供基本的可用性、吞吐量和存储能力。直接存储服务信息：提供档案文件，存储服务的参数及相关信息，而不需要建立并维护另一个服务。高扩展性：在RAM中存储数据，支持大规模用户访问文件。在具体实现时，chubby主要有以下几个

7、特征：通报机制：客户端需要及时知道服务发生的变化。通过通报机制，定期向客户端发送更新消息。缓存机制：利用缓存保存文件，避免频繁访问主服务器；为了方便用户，使用一致性缓存。3.3整体架构如图所示，Chubby系统通过远程过程调用，连接客户端和服务器这两个主要组件。客户端应用程序通过调用chubby代码库，申请锁服务并获取相关信息，同时通过租约保持同服务器的连接。Chubby服务器组一般由五台服务器组成。其中一台服务器担任主服务器，负责与客户端的所有通信。其他服务器不断和主服务器通信