Apsara OS: Behind Cloud Computing

Apsara OS:Behind Cloud Computing 倪浩平台技术部-系统平台-计算架构

Cloud Computing • 一个时髦名词，囊括了： • Coding • Architecture • Load Balance • Business Model • Service • 对用户来说：一个像用电一样使用存储、计算、IO资源的服务

3 Models of Cloud Computing • IaaS • Infrastructure as a Service • PaaS • Platform as a Service • SaaS • Software as a Service

Google, Amazon & Salesforce • Amazon • EC2, S3, SQS, SimpleDB • Server Instance (powered by Xen) • Open • Google • Google App Engine, Google Apps • GFS, BigTable, Borg, MapReduce, Chubby • Extremely Scalable

Things Hide Behind • 一个超级计算机，极强的扩展性和可靠性 • Scalability, The Ultimate Goal • Utility Computing • 将超级计算机的资源提供给用户使用，包括用户管理，权限控制，计费等 Users App Framework (EC2, S3, AppEngine) Utility Computing Super Computer

如何构建超级计算机？ • Goal : Scalable & Reliable Super Computer • 方法： • 基于廉价服务器，编写一个可靠的、扩展性极强的分布式的操作系统 • 文件系统 • 进程调度系统 • 内存管理 & 设备驱动 • 用户界面

Apsara分布式操作系统 Apsara OS API 伏羲 Scheduler 神农 Monitor 有巢 Structured Data Processing 盘古 (Storage) 女娲 (Naming) 夸父(Communication) 仓颉(Language) Security

盘古：分布式文件系统 • 目标： • 可靠、高效的大文件的读写服务 • 可扩展到上万台机器, PB级别的存储能力 • Ten millions个文件 • 非目标： • 高性能的小文件存取能力 • 结构化数据的存储 • 随机写

难题 • 廉价服务器随时宕机，天经地义 • 如何保证可靠性 • 业务增长迅速，数据海量增长 • 如何能做到线性扩展 • 异构的环境 • 网络 • 机器 • 时间

盘古的架构

盘古的架构 • 文件被拆分为多个64MB的块(chunk) • 每个chunk有多个拷贝，以保证可靠性 • Chunk的拷贝位于不同的机器上，当一个机器宕机时，文件仍然可用；并且盘古会立刻再选择一个机器复制一个拷贝 • [mincopy, maxcopy] Chunk 1 @server1 Chunk 1 @server2 Chunk 1 @server3 Chunk 2 @server2 Chunk 2 @server3 Chunk 2 @server4 Chunk 3 @server3 Chunk 3 @server4 Chunk 3 @serve1 Chunk 4 @server4 Chunk 4 @server1 Chunk 4 @server2

盘古的架构 • 多个拷贝之间的数据同步 • 写入数据保证各个拷贝之间的一致性 • 只有当每个拷贝都写入了数据时，文件的meta信息才被修改 • 读取数据 • 当读取一个chunk的拷贝，服务器宕机时，自动切换到其他服务器 • 并行读取

可扩展性设计 • 瓶颈：盘古Master • Master只做很少工作，管理系统的元数据 • 读操作在获取了元数据不和master交互

伏羲：分布式调度系统 • 将一堆独立的机器变成一个 • 共同协作的 • 高度可靠、可扩展的 • 容易分布式编程的系统。

伏羲的架构 • 支持Service和Job两种框架 • 处理了冗余容错、负载均衡等各种工作 • 提供了多种分布式计算的模式 • Service • 一直运行的服务程序 • Job • 将任务划分为DAG图(有向无环图) • DAG中的每个节点叫做一个Task • 支持map reduce, sort reduce等各种编程模式

伏羲的架构

伏羲的哲学 • 世界 World – Machine, Network, Job, Service… • 很大 Massive • 动态的 Dynamic • 不一致的 Inconsistent • 现实(Reality) • 世界在发生什么事情 • 预测(Prediction) • 预测下一时刻世界会发生什么事情 • 愿望(Vision) • 根据现实和预测产生的调度结果

调度的原则 • 因为永远无法获得世界的即时状况，伏羲通过 • 粗粒度 & 及时的调度 • 不断地优化 • 分而治之这些原则来调度所有的Service和Job

挑战 • 预测未来 • Scalability

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有巢：结构化数据处理系统 • 基于盘古的存储、伏羲的调度 • KeyValueEngine • 存取小的Key Value Pair：小文件，网页 • SQLEngine • 以表的形式，提供对SQL的支持 • 日志分析，表join • IndexEngine • 搜索引擎build索引，查询

有巢的逻辑 • 所有结构化数据都可以抽象为一个或多个KeyValuePair <‘001’ , ‘Name’ > = ‘Ivan’ <‘001’ , ‘Age’ > = 28 <‘001’ , ‘Sex’ > = ‘Male’ <‘002’ , ‘Name’ > = ‘Helen’ <‘002’ , ‘Age’ > = 27 <‘002’ , ‘Sex‘ > = ‘Female’ <‘003’ , ‘Name’> = ‘Tom’ <‘003’ , ‘Age’ > = 26 <‘003’ , ‘Sex ‘ > = ‘Male’ Tablet 1 Tablet 2

有巢的存储 • 按照Key Range将数据分成多个Partition • 每个Partition内部多级Index来查找数据 MemFile Youchao File (non-mutable sorted) RedoLog Block Cell Cell Partition

SQL Query: 一个伏羲的Job • SELECT MAX(salary), AVG(slaray) • FROM employees, departments • WHERE employees.age > 35 AND • employees.department_id = departments.department_id • GROUP BY employees.department_id;

女娲：Naming & 分布式锁 • 为外部提供了 • 命名服务 • 一个服务程序拥有永久的名称：nuwa://nuwa_address/盘古/master • 即时运行这个程序的服务器宕机了，对其他应用来说透明 • 选举服务 • 多个Master选举 • 自身通过PAXOS算法来保证相当极其高的可靠性

夸父 & 神农 • 夸父：网络传输 • 以女娲为基础，提供了RPC通信机制 • 神农： • 监控所有进程的状态，独立于伏羲 • 收集性能数据，分树状结构向上汇报 • RpcEndPointrpc(“nuwa://nuwa_addr/pangu”); • rpc.AsyncCall(“CreateFile”, “/home/alibaba/”);

Q&A

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