initial code repo
[stor4nfv.git] / src / ceph / doc / dev / peering.rst
diff --git a/src/ceph/doc/dev/peering.rst b/src/ceph/doc/dev/peering.rst
new file mode 100644 (file)
index 0000000..7ee5deb
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,259 @@
+======================
+Peering
+======================
+
+Concepts
+--------
+
+*Peering*
+   the process of bringing all of the OSDs that store
+   a Placement Group (PG) into agreement about the state
+   of all of the objects (and their metadata) in that PG.
+   Note that agreeing on the state does not mean that
+   they all have the latest contents.
+
+*Acting set*
+   the ordered list of OSDs who are (or were as of some epoch)
+   responsible for a particular PG.
+
+*Up set*
+   the ordered list of OSDs responsible for a particular PG for
+   a particular epoch according to CRUSH.  Normally this
+   is the same as the *acting set*, except when the *acting set* has been
+   explicitly overridden via *PG temp* in the OSDMap.
+
+*PG temp* 
+   a temporary placement group acting set used while backfilling the
+   primary osd. Let say acting is [0,1,2] and we are
+   active+clean. Something happens and acting is now [3,1,2]. osd 3 is
+   empty and can't serve reads although it is the primary. osd.3 will
+   see that and request a *PG temp* of [1,2,3] to the monitors using a
+   MOSDPGTemp message so that osd.1 temporarily becomes the
+   primary. It will select osd.3 as a backfill peer and continue to
+   serve reads and writes while osd.3 is backfilled. When backfilling
+   is complete, *PG temp* is discarded and the acting set changes back
+   to [3,1,2] and osd.3 becomes the primary.
+
+*current interval* or *past interval*
+   a sequence of OSD map epochs during which the *acting set* and *up
+   set* for particular PG do not change
+
+*primary*
+   the (by convention first) member of the *acting set*,
+   who is responsible for coordination peering, and is
+   the only OSD that will accept client initiated
+   writes to objects in a placement group.
+
+*replica*
+   a non-primary OSD in the *acting set* for a placement group
+   (and who has been recognized as such and *activated* by the primary).
+
+*stray*
+   an OSD who is not a member of the current *acting set*, but
+   has not yet been told that it can delete its copies of a
+   particular placement group.
+
+*recovery*
+   ensuring that copies of all of the objects in a PG
+   are on all of the OSDs in the *acting set*.  Once
+   *peering* has been performed, the primary can start
+   accepting write operations, and *recovery* can proceed
+   in the background.
+
+*PG info* basic metadata about the PG's creation epoch, the version
+   for the most recent write to the PG, *last epoch started*, *last
+   epoch clean*, and the beginning of the *current interval*.  Any
+   inter-OSD communication about PGs includes the *PG info*, such that
+   any OSD that knows a PG exists (or once existed) also has a lower
+   bound on *last epoch clean* or *last epoch started*.
+
+*PG log*
+   a list of recent updates made to objects in a PG.
+   Note that these logs can be truncated after all OSDs
+   in the *acting set* have acknowledged up to a certain
+   point.
+
+*missing set*
+   Each OSD notes update log entries and if they imply updates to
+   the contents of an object, adds that object to a list of needed
+   updates.  This list is called the *missing set* for that <OSD,PG>.
+
+*Authoritative History*
+   a complete, and fully ordered set of operations that, if
+   performed, would bring an OSD's copy of a Placement Group
+   up to date.
+
+*epoch*
+   a (monotonically increasing) OSD map version number
+
+*last epoch start*
+   the last epoch at which all nodes in the *acting set*
+   for a particular placement group agreed on an
+   *authoritative history*.  At this point, *peering* is
+   deemed to have been successful.
+
+*up_thru*
+   before a primary can successfully complete the *peering* process,
+   it must inform a monitor that is alive through the current
+   OSD map epoch by having the monitor set its *up_thru* in the osd
+   map.  This helps peering ignore previous *acting sets* for which
+   peering never completed after certain sequences of failures, such as
+   the second interval below:
+
+   - *acting set* = [A,B]
+   - *acting set* = [A]
+   - *acting set* = [] very shortly after (e.g., simultaneous failure, but staggered detection)
+   - *acting set* = [B] (B restarts, A does not)
+
+*last epoch clean*
+   the last epoch at which all nodes in the *acting set*
+   for a particular placement group were completely
+   up to date (both PG logs and object contents).
+   At this point, *recovery* is deemed to have been
+   completed.
+
+Description of the Peering Process
+----------------------------------
+
+The *Golden Rule* is that no write operation to any PG
+is acknowledged to a client until it has been persisted
+by all members of the *acting set* for that PG.  This means
+that if we can communicate with at least one member of
+each *acting set* since the last successful *peering*, someone
+will have a record of every (acknowledged) operation
+since the last successful *peering*.
+This means that it should be possible for the current
+primary to construct and disseminate a new *authoritative history*.
+
+It is also important to appreciate the role of the OSD map
+(list of all known OSDs and their states, as well as some
+information about the placement groups) in the *peering*
+process:
+
+   When OSDs go up or down (or get added or removed)
+   this has the potential to affect the *active sets*
+   of many placement groups.
+
+   Before a primary successfully completes the *peering*
+   process, the OSD map must reflect that the OSD was alive
+   and well as of the first epoch in the *current interval*.
+
+   Changes can only be made after successful *peering*.
+
+Thus, a new primary can use the latest OSD map along with a recent
+history of past maps to generate a set of *past intervals* to
+determine which OSDs must be consulted before we can successfully
+*peer*.  The set of past intervals is bounded by *last epoch started*,
+the most recent *past interval* for which we know *peering* completed.
+The process by which an OSD discovers a PG exists in the first place is
+by exchanging *PG info* messages, so the OSD always has some lower
+bound on *last epoch started*.
+
+The high level process is for the current PG primary to:
+
+  1. get a recent OSD map (to identify the members of the all
+     interesting *acting sets*, and confirm that we are still the
+     primary).
+
+  #. generate a list of *past intervals* since *last epoch started*.
+     Consider the subset of those for which *up_thru* was greater than
+     the first interval epoch by the last interval epoch's OSD map; that is,
+     the subset for which *peering* could have completed before the *acting
+     set* changed to another set of OSDs.
+
+     Successful *peering* will require that we be able to contact at
+     least one OSD from each of *past interval*'s *acting set*.
+
+  #. ask every node in that list for its *PG info*, which includes the most
+     recent write made to the PG, and a value for *last epoch started*.  If
+     we learn about a *last epoch started* that is newer than our own, we can
+     prune older *past intervals* and reduce the peer OSDs we need to contact.
+
+  #. if anyone else has (in its PG log) operations that I do not have,
+     instruct them to send me the missing log entries so that the primary's
+     *PG log* is up to date (includes the newest write)..
+
+  #. for each member of the current *acting set*:
+
+     a. ask it for copies of all PG log entries since *last epoch start*
+       so that I can verify that they agree with mine (or know what
+       objects I will be telling it to delete).
+
+       If the cluster failed before an operation was persisted by all
+       members of the *acting set*, and the subsequent *peering* did not
+       remember that operation, and a node that did remember that
+       operation later rejoined, its logs would record a different
+       (divergent) history than the *authoritative history* that was
+       reconstructed in the *peering* after the failure.
+
+       Since the *divergent* events were not recorded in other logs
+       from that *acting set*, they were not acknowledged to the client,
+       and there is no harm in discarding them (so that all OSDs agree
+       on the *authoritative history*).  But, we will have to instruct
+       any OSD that stores data from a divergent update to delete the
+       affected (and now deemed to be apocryphal) objects.
+
+     #. ask it for its *missing set* (object updates recorded
+       in its PG log, but for which it does not have the new data).
+       This is the list of objects that must be fully replicated
+       before we can accept writes.
+
+  #. at this point, the primary's PG log contains an *authoritative history* of
+     the placement group, and the OSD now has sufficient
+     information to bring any other OSD in the *acting set* up to date.
+
+  #. if the primary's *up_thru* value in the current OSD map is not greater than
+     or equal to the first epoch in the *current interval*, send a request to the
+     monitor to update it, and wait until receive an updated OSD map that reflects
+     the change.
+
+  #. for each member of the current *acting set*:
+
+     a. send them log updates to bring their PG logs into agreement with
+       my own (*authoritative history*) ... which may involve deciding
+       to delete divergent objects.
+
+     #. await acknowledgment that they have persisted the PG log entries.
+
+  #. at this point all OSDs in the *acting set* agree on all of the meta-data,
+     and would (in any future *peering*) return identical accounts of all
+     updates.
+
+     a. start accepting client write operations (because we have unanimous
+       agreement on the state of the objects into which those updates are
+       being accepted).  Note, however, that if a client tries to write to an
+        object it will be promoted to the front of the recovery queue, and the
+        write willy be applied after it is fully replicated to the current *acting set*.
+
+     #. update the *last epoch started* value in our local *PG info*, and instruct
+       other *active set* OSDs to do the same.
+
+     #. start pulling object data updates that other OSDs have, but I do not.  We may
+       need to query OSDs from additional *past intervals* prior to *last epoch started*
+       (the last time *peering* completed) and following *last epoch clean* (the last epoch that
+       recovery completed) in order to find copies of all objects.
+
+     #. start pushing object data updates to other OSDs that do not yet have them.
+
+       We push these updates from the primary (rather than having the replicas
+       pull them) because this allows the primary to ensure that a replica has
+       the current contents before sending it an update write.  It also makes
+       it possible for a single read (from the primary) to be used to write
+       the data to multiple replicas.  If each replica did its own pulls,
+       the data might have to be read multiple times.
+
+  #. once all replicas store the all copies of all objects (that
+     existed prior to the start of this epoch) we can update *last
+     epoch clean* in the *PG info*, and we can dismiss all of the
+     *stray* replicas, allowing them to delete their copies of objects
+     for which they are no longer in the *acting set*.
+
+     We could not dismiss the *strays* prior to this because it was possible
+     that one of those *strays* might hold the sole surviving copy of an
+     old object (all of whose copies disappeared before they could be
+     replicated on members of the current *acting set*).
+
+State Model
+-----------
+
+.. graphviz:: peering_graph.generated.dot