文件系统中元数据的隐患——缓存

热点文件(尤其是大文件)在查询或下载过程中,涉及大量的元信息访问。如果元信息较大且访问 QPS 较大时,就会导致实例网卡打满、CPU爆表,造成缓存失效(缓存击穿);流量直接打到 DB 上,造成大量读请求超时、连接打满、机器挂掉(服务雪崩)。直接对服务可用性造成打击,一般都是重大事故。

造成这种结果的本质原因是缓存设计和使用不合理。直接原因是缓存对象指向的文件是热门资源。一般文件系统很少关心文件或者文件对象指向的内容,所以在这类热点发生时往往很被动。需要告警阈值提醒,人工及时介入处理和止损(封禁、扩容)。

理想的方式是对文件粒度的读访问限流,但是很少这么做,就像普通用户 Windows 系统装防火墙一样...代价大价值很难凸显。比较常用的方法是对缓存下手,业务侵入小,普适性高。

前提是需要梳理业务逻辑,对目标对象的缓存本身进行分析,哪些情况QPS 达到多少就会有隐患。然后再分析一下可用的方案,一般有三种处理方式:

本地缓存

在合适的业务节点实例上,申请一定大小的空间用于本地缓存。将需要被缓存的一定大小以上的元数据作为缓存对象。需要自行实现淘汰算法,支持过期时间,支持内容校验。由于流量的负载均衡和随机性,需要埋点查看缓存命中率,估计效果。

这种方式可以解决集中热点问题,但是无法根治。命中率随着流量随机性的降低而升高,这取决于流量分发层策略和设计。

缓存数据压缩

一般压缩率可观,但是遇到超大文件仍然无法根本解决问题。

大 key 拆解

这种需要对缓存数据中的作用和业务需求有全面的分析,分类讨论。抽象出基本信息,多 key信息存储。直接影响是原来获取一次,现在需要获取多次,极端情况下,有长尾请求的 bad case,可以根据具体情况优化逻辑,全局考虑下一般可接受。由于大 key 拆分,需要先改校验规则,再上线新逻辑。

综上,正对业务使用的大 key缓存需求,本质要求设计者和编程者懂业务,对缓存目标有一定的认知,了解缓存的利弊,使用时根据情况取舍粒度,全面思考和逻辑闭环。

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