Кэш на запись и DRBD: почему полезно знать подноготную

в 12:07, , рубрики: Серверное администрирование

Предыстория

Существует красивое решение для создания надёжного недорогого кластера основанное на DRBD + Proxmox VE. Страница в Wiki проекта Proxmox появилась 11 сентября 2009-го года и создана она была CEO компании Martin-ом Maurer-ом.

Кэш на запись и DRBD: почему полезно знать подноготную

С тех самых пор это решение стало очень популярным, и никто не подозревал, что у этого решения есть скрытый подводный камень. В документации про это не пишут, а те, кто сталкивался с последствиями этой проблемы (например, зависание машины при онлайн миграции с одного хоста на другой), списывали всё на «случай». Кто-то грешил на железо, кто-то на Proxmox, а кто-то на драйверы внутри виртуальной машины. Конечно, хотелось бы, чтобы DRBD сам сообщал о своих проблемах, и, как-то подсознательно веришь в то, что он так и делает. Проверяешь /proc/drbd, видишь строку «cs:Connected ro:Primary/Primary ds:UpToDate/UpToDate» и продолжаешь верить что DRBD не причём.

Однажды, внимательно читая документацию к DRBD, я нашёл рекомендацию делать регулярную проверку DRBD на целостность, т.е. на идентичность двух нод между собой. Ну, а почему бы и нет, подумал я, проверка лишней не будет. И тут началась история длиной в целый год.

Оказалось, что каждую неделю в DRBD появлялись новые блоки out-of-sync. Т.е. данные на двух серверах отличались. Но почему?!

Замена железа, обновление версии DRBD, отключение offload и bonding-а к положительному результату не приводили, а новые блоки всё появлялись и появлялись. Анализ того, какие именно блоки оказывались out-of-sync, привёл к следующим результатам:
— часто — swap раздел виртуальной машины с Linux
— редко — Windows с разделом NTFS на виртуальной машине
— никогда — ext4 на виртуальной машине с Linux

Это было «интересно», но ответа на вопрос «почему и как это может быть» не давало. Обо всех своих изысканиях я рассказывал в списке рассылки «DRBD Users» (http://www.gossamer-threads.com/lists/drbd/users/25227) и однажды я получил ответ, которого так долго ждал. Lars Ellenberg, один из основных разработчиков DRBD, рассказал, что именно происходит, и как это проверить.

Как происходит запись в DRBD

Общий случай:
1) DRBD получает запрос от ОС за запись данных из буфера;
2) DRBD записывает данные на локальное блочное устройство;
3) DRBD отправляет данные второй ноде по сети;
4) DRBD получает подтверждение окончания записи от локального блочного устройства;
5) DRBD получает подтверждение окончания записи от второй ноды;
6) DRBD отправляет ОС подтверждение окончания записи.

А теперь представим себе, что данные в буфере неожиданно изменились и мы получим:
1) DRBD получает запрос от ОС за запись данных из буфера;
2) DRBD записывает данные на локальное блочное устройство;
2.5) данные буфера изменились;
3) DRBD отправляет данные второй ноде по сети;
4) DRBD получает подтверждение окончания записи от локального блочного устройства;
5) DRBD получает подтверждение окончания записи от второй ноды;
6) DRBD отправляет ОС подтверждение окончания записи.
И мы тут же получаем out-of-sync.

Как же такое получается? Очень просто. Буфер может использоваться приложением для кэширования на запись (приложение, у нас, это процесс виртуальной машины). В этом случае приложение может обновлять данные в буфере, не дожидаясь подтверждения записи этих данных на физическое устройство или контроллер, а в случае с DRBD это неприемлемо.

Как проверить? Нужно включить в настройках DRBD data-integrity-alg и ждать. Если вы получите что-то вроде «buffer modified by upper layers during write», то это оно и есть. Будьте осторожны, если DRBD работает в режиме dual-primary, то при включенном «data-integrity-alg» вы тут же получите split brain (об этом не написано в документации).

Кэширование записи в QEMU/KVM

По-умолчанию виртуальные машины в Proxmox VE используют для виртуальных дисков режим cache=none. Несмотря на то, что «none» как бы говорит нам «ничего не кэшируем», на самом деле это не совсем так. None, в данном случае, означает не использовать «host cache», но кэш на запись в блочное устройство по-прежнему используется. А отсюда мы получаем проблему с рассинхронизацией блоков в DRBD.

Кэш на запись и DRBD: почему полезно знать подноготную

Всего два режима можно считать надёжными при использовании с DRBD: directsync и writethrough. Первый не использует кэширование вообще, т.е. читает всегда напрямую с блочного устройства (это может быть RAID контроллер) и пишет в блочное устройства (это может быть RAID контроллер) обязательно дожидаясь подтверждения записи. Второй режим использует «host cache» для чтения.

Таким образом, система виртуализации может стать катастрофически медленной, если вы не используете физический RAID с кэшированием за запись и BBU. А если вы используете RAID с BBU, то виртуальная машина получит подтверждение о записи сразу же после помещения данных в кэш контроллера.

Почему же нет out-of-sync на ext4

Использование режимов cache=directsync и cache=writethrough являются самыми надёжными, т.к., в этом случае, нам не нужно беспокоиться о том, что происходит внутри виртуальной машины. Но это не единственный способ. Это нужно учитывать в тех случаях, когда нам недостаточно производительности RAID или же у нас нет RAID вообще.

Убедиться в том, что данные уже записаны можно не только на уровне процесса виртуальной машины, но и внутри VM. Здесь мы знакомимся с понятием barrier, которое предполагает, что файловая система сама знает, когда её нужно сбросить данные из кэша на физическое устройство и дождаться завершения этой операции. А man mount говорит нам, что «The ext4 filesystem enables write barriers by default». Именно поэтому мы и не увидим никогда out-of-sync на тех областях, где расположена файловая система использующая barriers.

Полезные ссылки:
— Proxmox и DRBD: pve.proxmox.com/wiki/DRBD
— Out of sync: www.gossamer-threads.com/lists/drbd/users/25227
— Ещё про out of sync: forum.proxmox.com/threads/18259-KVM-on-top-of-DRBD-and-out-of-sync-long-term-investigation-results
— Описание параметра cache для kvm/qemu: www.suse.com/documentation/sles11/book_kvm/data/sect1_1_chapter_book_kvm.html
— Ещё про кэш: www.ilsistemista.net/index.php/virtualization/23-kvm-storage-performance-and-cache-settings-on-red-hat-enterprise-linux-62.html?start=2

Автор: giner

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля