Speedy：来自京东的Docker镜像存储系统

Posted 2021-04-21 InfoQ

导语

镜像是Docker项目最大的创新点之一，所有的Docker容器都源于镜像。不可否认镜像存储是Docker工作流中的重要一环，Docker Registry是官方提供的开源项目用以保存镜像，同时它也提供了后端存储系统来解决镜像的落地问题，比如Local Filesystem、S3、Swift。Speedy是由京东开源的一个分布式镜像后端存储系统，在架构设计上更好的解决了扩展性和可用性的问题。就Speedy项目的更多细节，InfoQ采访了其负责人田琪。另外，田琪也是也是全球架构师峰会北京站2015《云服务架构探索》专题的出品人。

受访嘉宾介绍
田琪，京东资深架构师。10年互联网行业从业经验，分别就职于搜狐、新浪、腾讯、京东等公司，目前负责京东云主机及云数据库的架构及研发工作，曾在新浪微博负责新浪微博的底层平台研发工作，主导了Redis在新浪微博的大规模定制开发与应用。之后加入腾讯负责腾讯大规模分布式存储项目的研发与架构工作，为腾讯众多业务产品线提供高可靠的存储服务。

InfoQ：能否介绍下你们的Docker镜像存储系统Speedy？为什么要做Speedy？

田琪：我们通过Docker搭建了我们的弹性计算云平台，服务于公司内外各项业务。在搭建整个平台过程中遇到了很多问题，存储是其中一项待解决的问题。Docker官方提供了Docker Registry服务，但是最终的镜像文件落地存储并没有提供，目前支持的第三方存储服务主要是S3、Swift等。

我们也调研了一些开源分布式存储项目。发现主要存在几个问题：一是架构上倾向于无中心，或者一致性哈希等方式管理存储节点，运维方面我们比较担心可控性问题，另外增减机器都需要涉及文件数据的迁移，不利于线上系统稳定。二是大多开源方案都没有提供高性能的存储引擎，即只提供了数据分布的算法，但数据落地没有提供存储层的优化，这样产生大量文件时就会存在性能问题。三是针对大文件没有特别的优化措施。

认识到这些问题后，我们决定自己研发分布式存储系统，来解决和优化上述的问题。

InfoQ：能否介绍下Speedy整体的后端流程和逻辑？

田琪： Speedy架构如下图：

Speedy本身主要涉及模块：

• Docker Registry Driver

• ChunkMaster

• ChunkServer

• ImageServer

Docker Registry Driver是一个遵照Docker Registry 1.0协议实现的驱动，完成Docker Registry与后端存储系统的对接工作。ChunkServer与ChunkMaster组成了一个通用的对象存储服务，ChunkMaster是中心节点，缓存了所有ChunkServer的信息，ChunkServer本身是最终镜像数据落地的存储节点，多个ChunkServer会构成一个组，拥有唯一的组ID，上传这个组内的所有ChunkServer都成功才算成功，下载可以随机选择其中一个节点下载。

ImageServer本身是一个无状态的Proxy服务，它相当于是后面通用对象存储服务的一个接入层，Driver发起的镜像上传、下载操作会直接发给ImageServer，ImageServer中缓存了ChunkMaster中的存储节点信息，通过这些信息，ImageServer会进行ChunkServer节点的选择操作，找到一组合适的ChunkServer机器完成镜像的上传或下载操作。

上传流程

首先我们通过docker push命令发起上传镜像的操作，Docker本身会进行多次与后端存储系统的交互（这里我要简单吐个槽，合理的情况是这个结构化数据和非结构化数据分开存储，Docker本身用JSON表示结构化的描述信息，也是上传到后端存储系统的，个人觉得Docker的元数据管理方面很混乱），最后一次交互是上传镜像的layer数据到Docker Registry。

如果使用默认的本地存储，Docker Registry就直接把数据写到了磁盘上，我们这里通过自己实现的Driver完成与后端对象存储系统的上传工作。

我们的Driver首先会对源源不断上传过来的字节流进行切割，按照配置的固定大小并发上传到ImageServer中，并在上传的HTTP请求中携带了该分片的索引及位置信息。

ImageServer在收到该分片上传请求后，根据自己从ChunkMaster中同步过来的chunk信息来动态选择一组ChunkServer，并将分片上传到该组ChunkServer中的所有实例上，都成功才返回成功。并将分片索引位置信息及上传成功返回的文件ID提交给MetaServer保存Driver在收到所有分片的上传成功返回后，再返回给前端Docker，整个上传流程结束。

下载流程

首先Docker通过docker pull请求下载镜像，同样在真正下载数据开始前，Docker同Docker Registry以及后端的存储系统间也会产生多次的数据交互，这里省略，最后一步是下载对应的Image Layer数据。Docker Registry在收到下载请求后首先通过ImageServer从MetaServer里获取到该文件path对应的分片信息，主要是分片的个数，及每一片的索引，然后将这些分片下载请求并发的发送给ImageServer服务器。

ImageServer收到分片下载请求后，查询MetaServer获得对应的文件ID，该文件ID中包含有ChunkServer的位置信息，随后请求相应ChunkServer下载数据并返回给Driver。Driver收到分片下载的数据后，会根据分片的位置索引进行 排序，按文件分片顺序返回给Docker。

InfoQ：相比来说，Speedy有哪些优势？

田琪：我们系统设计主要考虑几点：

1.架构倾向于简单、可控、容易部署

2.提供Linux C编写的高效存储引擎，存储上将多个小文件合并成一个大文件存储，减少元数据 存储空间开销和性能开销，同时在原生文件系统上通过预分配空间方式，提供接近裸盘的读写性能，但兼具原 生文件系统的易用性。

3.针对大文件做优化，提供断点续传、失败重试等功能。

InfoQ：Speedy的官网提到目前已经支持Registry 1.0，接下来有没有计划支持2.0？

田琪： Registry 2.0主要是针对安全和性能方面做了一些改进，具体可以参考GitHub上的说明。目前已经可用。Speedy项目已经给官方提交了针对Speedy的Registry 2.0的驱动，正在等待官方合并。

InfoQ：Speedy的性能如何？

田琪： Speedy提供了高性能的存储引擎，整体系统的瓶颈在于网这一层，我们的测试数据如下，可以看到在千兆网络环境下，上传和下载都达到了网卡的性能瓶颈而不是存储本身，上传是下载性能的1/3，原因是由于上传是三副本的原因，后续我们考虑引入Erasure Code的方式，仍有性能提升空间。

InfoQ：Docker Registry的单点问题，你们有好的解决方案吗？

田琪：我们在线上部署是通过无状态部署多点的方式来解决Registry单点问题的，Docker Registry 1.0服务本身内部没有任何本地存储，所有元数据信息都是通过后端存储系统落地的，所以可以无状态多点部署来解决。

InfoQ：Docker Registry的权限控制，京东内部是如何处理的？

田琪：由于我们的Docker弹性计算云服务是服务于公司内部和生态用户，即实际是一个私有云服务，我们内部本身也不需要搭建类似 Docker Hub的服务，所以并没有严格的权限控制问题。

InfoQ：Docker Registry 1.0的并发性能并不好，从你的分析来看，主要的并发瓶颈在哪里？

田琪：这个问题可以从整体Docker上传镜像流程说起，这个流程本身有很多待改进的地方，从镜像生成的驱动到Docker Registry 1.0的设计都有提升空间，比如镜像生成驱动部分使用Device Mapper等方式都是需要通过比对本地文件系统文件来生成Diff Layer，之后与Docker Registry 1.0产生多次元数据的交互，最后才会发起Layer本身数据的上传下载请求，并且针对大文件也没有任何优化，不支持断点续传等功能。这些环节在 Docker Registry 2.0中有很多改善，相信后续也会持续发展。

作为全球架构师峰会北京站2015《云服务架构探索》专题的出品人，田琪将在为我们呈现哪些内容？

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