2024年4月28日发(作者：)

基于分布式系统的粗粒度锁服务Chubby

丁嵩、王靖轩、董嵬、蒋竞

{dingsong,wjx,dongwei,jiangjing@}

摘要

本文设计并实现提供粗粒度的锁服务Chubby系统。Chubby系统基于松耦合分布式

系统提供可靠的存储。软件开发者直接在程序中调用chubby的锁服务，来保证数据操

作的一致性。这种锁是建议性的，而不是强制性的锁，具有更大的灵活性。在实现时，

客户端缓存数据，减少对主服务器的访问量；主服务器通过通报机制，定期向客户端发

送更新消息；提供档案文件，存储服务的参数及相关信息，而不需要建立并维护另一个

服务。同时，我们希望尽可能地保证高可用性、高可靠性和高可扩展性。

1 介绍

Chubby系统提供粗粒度的锁服务，并且基于松耦合分布式系统设计可靠的存储。

软件开发者不需要使用复杂的同步协议，而是直接在程序中调用chubby的锁服务，来

保证数据操作的一致性。这种锁是建议性的，而不是强制性的锁，具有更大的灵活性。

客户端缓存数据，减少对主服务器的访问量。主服务器通过通报机制，定期向客户端发

送更新消息。

Chubby系统具有广泛的应用场景，在分布式环境的开发中扮演重要作用。Chubby

系统让客户端进行同步并且协调配置环境，方便程序员进行分布式系统中一致性服务的

开发。例如，google的GFS系统直接使用chubby选取主服务器；google的bigtable中

使用chubby完成主服务选取、用户发现、表格锁服务等；软件开发者使用chubby粗粒

度的分配任务；在编写并发程序时，使用chubby提供的共享锁或者独占锁，保证数据

的一致性。

Chubby系统本质上是一个分布式的文件系统，存储大量的小文件。每一个文件就

代表了一个锁，并且保存一些应用层面的小规模数据。用户通过打开、关闭和读取文件，

获取共享锁或者独占锁；并且通过通信机制，向用户发送更新信息。例如，当一群机器

选举mater时，这些机器同时申请打开某个文件，并请求锁住这个文件。成功获取锁的

服务器当选主服务器，并且在文件中写入自己的地址。其他服务器通过读取文件中的数

据，获得主服务器的地址信息。

2 背景

在Chubby系统[1]中，使用Paxos[2][3][4]保证备份的一致性。我们使用ICE[5]来实

现异步方法调用、分派，以保证服务器端数据的一致性。下面简单介绍ICE：

ICE是“一种现代的面向对象中间件，可用于替代像CORBA或COM/DCOM/COM+

这样的中间件。在易于学习的同时，它为各种有着苛刻的技术要求的应用提供了强大的

网络基础设施。Ice主要具有以下特点：

面向对象的规范语言

易于使用的C++和Java映射

非常高效的协议，还可以进行协议压缩

异步方法调用（asynchronous method invocation）

异步方法分派（asynchronous method dispatch）

动态的传输插件

TCP/IP和UDP/IP支持，以及基于SSL的安全性

Ice防火墙解决方案，支持回调

3 Chubby系统设计

3.1 系统概述

Chubby系统提供粗粒度的锁服务，并且基于松耦合分布式系统设计可靠的存储。

Chubby系统提供建议性的锁，而不是强制性的锁；强调锁服务的可用性、可靠性。Chubby

系统本质上是一个分布式的文件系统，存储大量的小文件。每一个文件就代表了一个锁，

并且保存一些应用层面的小规模数据。用户通过打开、关闭和读取文件，获取共享锁或

者独占锁；并且通过通信机制，向用户发送更新信息。例如，当一群机器选举mater时，

这些机器同时申请打开某个文件，并请求锁住这个文件。成功获取锁的主服务器当选主

服务器，并且在文件中写入自己的地址。其他主服务器通过读取文件中的数据，获得主

服务器的地址信息。

3.2 系统目标

Chubby系统的设计目标主要有六点：