元數據被定義為：描述數據的數據，對數據及信息資源的描述性信息。

元數據（Metadata）是描述其它數據的數據（data about other data），或者說是用于提供某種資源的有關信息的結構數據（structured data）。元數據是描述信息資源或數據等對象的數據，其使用目的在于：識別資源；評價資源；追蹤資源在使用過程中的變化；實現簡單高效地管理大量網絡化數據；實現信息資源的有效發現、查找、一體化組織和對使用資源的有效管理。

對于元數據的管理目前有幾種常用的解決方案：中心節點管理元數據，分布式管理元數據，無元數據設計；本文談談三種方案的特點:

[[222051]]

1、中心節點管理元數據

在設計分布式(存儲)系統時，使用中心節點是非常簡潔、清晰地一種方案，中心節點通常兼具元數據存儲與查詢、集群節點狀態管理、決策制定與任務下發等功能；

優點：

A.由于其元數據集中式管理的特點，可以方便的處理集群運維管理的統計分析類需求；

B. 中心節點記錄了用戶數據的狀態信息(即元數據)，在擴容時，可以選擇不做rebalance操作(rebalance引起的數據遷移可能帶來巨大的性能開銷)，且仍能正常尋址；

缺點及解決方案：

a.單點故障是設計分布式系統最忌諱的問題之一，中心節點簡潔的設計也帶來了此問題，如何實現HA呢？；解決方案：(1)使用主備模型，主備之間使用同步或異步的方式進行增量或全量的數據同步(如TFS,mfs，HDFS2.0等)，或者主備之間使用遠端共享存儲(如HDFS2.0，遠端存儲需要高可用)；

b.存在性能和容量擴展上限，集中式中心節點自身硬件設施存在擴展(scale up)上限及查詢式尋址方式，導致此問題；即使client緩存元數據或使用緩存集群，也不能在根本上消除上限，在某些場景下(如海量小文件)，此問題仍然存在；解決方案：(1)優化升級硬件，如使用SSD，大內存等機器；(2)當面臨此問題時，考慮使用分布式管理元數據方案。

2、分布式管理元數據

和中心節點的方案相似，只是將元數據分片并使用分布式節點管理存儲，在保有中心節點方案優點的同時，解決了性能和容量擴展上限的問題，同時，多個節點同時提供元數據查詢服務，系統性能得到提升；

缺點

此類系統較為少見，系統本身結構復雜，實現也有一定難度;

a.系統包含兩種相對獨立的分布式節點：元數據節點，數據節點，它們均是帶狀態節點，每種節點組成的分布式模塊都要面臨分布式CAP原則的取舍，都要做到可擴展，尤其是元數據對一致性有著更高要求；

b.元數據節點需要共同維護數據節點的狀態，并在狀態變化時作出一致性的決策；這些都對系統的設計和實現構成了很大挑戰；

c.另外，大量元數據所需的存儲設備也是一筆不可忽略的成本開銷；

上面兩種方案有著共同思想：記錄并維護數據的狀態(即元數據)，數據尋址時先向元數據服務器查詢，再存取實際數據；

3、無元數據設計

主要以ceph為例，有別于上述二者的思想，此類系統的主要思想：使用算法計算尋址，尋址算法的輸入參數之一為集群狀態(如數據節點分布拓撲，權重，進程狀態等)的某種形式描述，此類常見算法有consistent hashing，Ceph RADOS系統的CRUSH算法，這類算法通常不直接管理用戶數據，而是引入中間一層邏輯分片結構(如consistent hashing的環片段，ceph的placement group)，其粒度更大，其數量有限且相對固定，用戶存取的數據隸屬于其中唯一一個分片中，系統通過管理維護這些分片進而管理維護用戶數據；此類系統有的也有中心配置管理節點(如ceph rados的monitor)，只提供集群和分片等重要狀態的管理維護，不提供元數據的存儲查詢；

優點：

A.如前所述，系統只需管理維護邏輯分片與集群狀態等信息，不存儲管理用戶數據的元數據，系統的可擴展性大大增強，這在大量元數據場景時尤為明顯；

B.尋址算法所需的參數數據量小且相對固定，client可以通過緩存的方式，達到若干client并行尋址的目的，避免了尋址性能瓶頸；

缺點分析：

a.集群擴容時(甚至權重改變時)，需要做rebalance，尤其是數據規模很大(PB級以上)的集群，由此帶來的大量數據遷移使集群一直處于高負載的狀態，進而使得正常業務請求的延時、iops等性能指標下降；但有些場景做集群擴容時，并不希望做rebalance(如集群容量不足)；對此，常見策略是每個集群預先做好性能、容量評估，需要擴容時，直接新建集群；如果單個集群必須做rebalance，通過人工干預限流降低集群負載；至于需要做rebalance的根本原因，本人認為擴容導致集群狀態改變，進而導致尋址算法結果改變，最終數據分布也需隨之改變；

b.數據的副本分布位置通過尋址算法計算得出，位置相對固定，幾乎不可人為調整；但通常可以通過改變權重的方式改變數據總體分布情況；

c.中心配置管理節點只管理分片信息，不知道單個用戶數據的信息，統計分析類的需求需要通過定期地收集數據節點信息等方式實現，并存儲維護。

總結：通過以上比較分析，三類系統的尋址策略，使系統本身均有自己相應的優缺點，它們都不是***的，但都有其適宜的場景和業務，在系統設計與選型時，需要做全面的考量。