本文共 4700 字，大约阅读时间需要 15 分钟。

Monitor的选举机制

Monitor要做的事情很明确了，就是管理、维护和发布集群的状态信息，但是为了避免单点故障或者性能热点问题，一般使用多个Monitor来做这一件事情，也就是管理层有多个成员。集群的正常运行，首先需要管理层达成一致，达成一致就需要有一个能拍板的monitor（leader），大家都听它的就行了。所以要达成一致核心问题就是在众多monitor中选出那个能拍板的monitor。Ceph解决这个问题的方法很简单，有点类似于领导人的选举，即有资格的monitor先形成一个quorum（委员会），然后委员会的成员在quorum这个范围内选出一个leader，集群状态信息的更新以及quorum成员的维护就有这个leader负责。Leader的选取规则也比较简单，每个monitor在初始化的时候都会根据它的IP地址被赋予一个rank值，当选举leader时，rank值最小的monitor胜出当选leader。当quorum成员发生变化时（增加或者减少），都会触发重新选举流程，再选出一个leader。

整个Monitor的选举过程也是Monitor根据以下状态机进行状态变化的过程：

即Monitor在启动之后，会根据monmap发现其他的monitor并获取其他monitor的monmap、paxos版本等信息，然后酌情syncronize数据并触发quorum范围内的选举，选举之后monitor要么成为Leader要么成为Peon，直到服务停掉。

这么说还是有点笼统，让我们用代码说话吧，当然你得学会看代码。选举的入口函数是Monitor::start_election()，查一下调用这个函数的代码，不难看出会在以下三种情况发生时，调用它：

• Monitor::handle_probe_reply()， monitor进行bootstrap时，首先会向monmap中所有的成员发送MMonProbe消息，然后在收到peer返回的probereply时，会根据返回的quorum信息以及paxos版本来判定是否需要发起选举。
• Elector::handle_propose()，这个是在收到别的monitor发过来的选举请求消息时，会根据情况触发重新选举。
• Monitor::do_admin_command()和Monitor::handle_command()，这两个属于通过ceph命令或者mon的admin socket执行quorumenter和quorum exit触发的选举操作。

这里详细介绍一下在第一种情况下触发的选举，并以此梳理一下整个选举过程。

  Monitor::bootstrap()，monitor进程的启动逻辑，具体做了以下几件事：

• 开始时设置monitor的状态为STATA_PROBING
• 然后判断是否设置了mon_compact_on_bootstrap参数，如果设置了，就执行compact操作，对monitor的store进行压缩
• 如果集群只有一个monitor，则该monitor直接胜出
• 根据mon_probe_timeout重置probe_timeout事件的时间
• 如果monitor在monmap中，则将其将如到outside_quorum集合中。
• 根据monmap，向其他peer一一发送MMonProbe消息。 

Monitor收到消息，经过dispatch逻辑之后进入Monitor::dispatch_op()，解析出来是MSG_MON_PROBE类型的消息，进而进入Monitor::handle_probe()，然后进入Monitor::handle_probe_reply进行处理。

  Monitor::handle_probe_reply()，在这里主要做了以下几件事。

• 先判断当前monitor所处的状态如果是Probing或者Electing，则直接退出。
• 比对对方的monmap和自己monmap的epoch版本，如果自己的monmap版本低，则更新自己的map，然后重新进入bootstrap()阶段。
• 如果当前Monitor处于synchronizing阶段，则直接返回
• 比对彼此的paxos的版本，如果对方的paxos版本较低，否则判断是否需要进行data的sync。这里有两种情况，如果自己的paxos版本是比对方的paxos_first_version纪录的版本低，则会进行sync操作。如果自己paxos的版本和对方的版本相差太远超过了设置的参数paxos_max_join_drift的值，也会先进行数据的sync而不会触发重新的选举操作。
• 如果从返回的消息中判断已经有一个quorum存在了，自己也在monmap中摒弃自己的ip地址不为空，则直接发起一个选举。否则，会请求加入这个quorum。
• 如果没有现成的quorum，并且自己在monmap中，则把peer添加到outside_quorum的集合中。如果此时outside_quorum中的成员大于等于monmap->size() / 2 + 1时，开始选举，否则返回，等待条件满足。 

  Monitor::start_election ()，在这里主要做了以下几件事。

• 如果Paxos正在STATE_WRITING或者STATE_WRITING_PREVIOUS状态，则等待paxos的更新完成。
• 重置monitor中的服务，包括probe timeout事件、停止时间检查（mon time skew的检查）、health检查事件、scrub事件等，并且restart paxos以及所有的paxos service服务。
• 设置自己进入STATE_ELECTING状态，并增加l_mon_num_elections和l_mon_election_call这些统计数据。
• 调用elector的call_election()。 

  Monitor::start_election ()，在这里主要做了以下几件事。

• 从Mon store中读出mon的election_epoch存储在epoch中，更新epoch的值使其变为奇数，表明进入了选举cycle。epoch为偶数，表明已经形成了稳定的quorum。
• 把自己加入到acked_me map中，并设置electing_me为true，希望大家选自己当leader。
• 向monmap中的成员发送MMonElection::OP_PROPOSE消息。 

  其它的Monitor收到消息后，经过dispatch逻辑，即Monitor:: ms_dispatch() --> Monitor::_ms_dispatch() --> Monitor::dispatch_op()--> Elector::dispatch()，之后进入消息处理流程。

• Elector::handle_propose()，首先确保收到消息的epoch版本是处于选举的版本（奇数）并且满足对feature的要求。接着判断将自己的选举epoch设置为和消息中包含的epoch的值。最后比对rank值，如果自己的rank值更小，则自己不ack此次选举，而是重新发起一轮选举。如果自己的rank值更大，则进入Elector::defer()流程，发送MMonElection::OP_ACK消息，ack该轮选举。

  发起选举的Monitor收到ACK消息之后，进入处理流程：

• 将ACK自己的peer加入到acked_me这个map中，如果acked_me的个数和monmap中成员的个数一样，则表明选举成功，进入victory流程。这里有点需要搞清楚的是在有一个monitor down的情况下，剩余的monitor是如何选举成功的（acked_me的成员肯定和monmap的成员个数不相等）。

  Leader会进入Elector::victory()，具体处理流程如下：

• 将acked_me中的成员加入到quorum中，并且将election epoch的值加一使其变成偶数，标志选举过程结束。
• 向quorum中的所有成员发送MMonElection::OP_VICTORY，消息通知大家选举结束。
• 告诉monitor自己选举成功。 

  Leader进入Monitor::win_election()，具体处理流程如下：

• 设置自己的状态为STATE_LEADER，清空outside_quorum中的成员。
• 调用paxos->leader_init()初始化paxos，以及所有的paxos_service服务。在paxos的初始化中会设置paxos的状态为STATE_RECOVERING，并且调用Paxos::collect()函数，同步mon之间的数据，这个会在后面的Paxos数据更新部分介绍。
• 启动health_monitor服务，目前主要是检查mon存储空间的使用情况。
• 启动timecheck检查，确保monitor之间的时差不超过mon_clock_drift_allowed，如果超过就会报告mon clockskew。
• 更新monitor的metadata，其主要纪录了以下信息：

[root@ceph02 ~]#ceph mon metadata ceph02{    "arch": "x86_64",    "cpu": "Intel Xeon E312xx(Sandy Bridge)",    "distro": "CentOS",    "distro_codename":"Core",    "distro_description":"CentOS Linux release 7.1.1503 (Core) ",    "distro_version":"7.1.1503",    "hostname": "ceph02",    "kernel_description": "#1SMP Tue Sep 15 15:05:51 UTC 2015",    "kernel_version":"3.10.0-229.14.1.el7.x86_64",    "mem_swap_kb": "0",    "mem_total_kb":"1884312",    "os": "Linux"}

  Peon在收到MMonElection::OP_VICTORY消息之后进入Elector::handle_victory()，具体处理流程如下：

• 将自己的election epoch设置成消息中的epoch值。
• 进入Monitor::lose_election()，设置自己的状态为STATE_PEON，调用peon_init初始化paxos以及相关的paxosservice，更新logger信息。
• 取消自己的expire_event时间，即有参数mon_election_timeout控制的时间。 

至此，Monitor的选举过程就算结束了，但Paxos的状态还没有进入稳态，所以剩下的事情就是Leader来协调quorum中所有成员的数据同步了，这个主要是通过Paxos协议的两阶段提交机制来完成，整个过程相对比较复杂，会在后续数据更新机制中详细进行介绍。为了方便了解整个选举过程，我将主要的逻辑以时序图的形势展现出来，具体详见下图，图中主要以Leader为主线，给出了选举过程涉及的几个主要文件。