28、集群锁管理器：原理、设计与优化

集群锁管理器：原理、设计与优化

1. 集群锁管理基础

1.1 键冲突与命名空间

在集群环境中，应用程序可能会选择相同的键值来表示不同的对象，这可能导致问题。为了解决这个问题，可以支持独立命名空间的层次结构。使用元键来标识命名空间树，每个应用程序可以通过选择不同的元键来使用不同的命名空间，也可以使用多个命名空间。例如，数据库程序可以为每个独立的数据库使用不同的子元键，以避免键冲突。

1.2 树结构锁

有时，扁平的锁定方案可能不够用。例如，数据库程序有时需要锁定整个表（粗粒度锁定），有时需要锁定表中的单行（细粒度锁定）。树结构锁可以提供混合粒度的解决方案，子锁与父锁相关联，获取父锁会锁定整个子树，进程可以通过原子地释放父锁并获取同一子树中的子锁来降级父锁。

1.3 关联数据

锁用于保护资源，通常是内存中的数据对象。单计算机锁通常嵌入在它所保护的数据对象结构中，进程获得锁后即可使用数据对象。但在集群中，仅获得集群范围的锁可能不够，因为与锁关联的数据可能在不同的节点上。获取锁后，进程可能需要向另一个节点发送额外的消息以获取关联数据。为了减少移动关联数据的开销和延迟，集群锁管理器（CLM）可以在其锁定消息中携带关联数据。

2. CLM 设计

2.1 基本设计思路

CLM 设计原则上并不困难，但在优化集群锁算法以提高性能时会变得复杂。设计分为两个阶段：首先实现跨多个节点的锁定，然后添加恢复支持。CLM 使用应用层的消息传递协议，基于集群消息传递模型构建协议。

2.2 非高可用性 CLM

CLM 需要在集群中存储