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FaRM（分布式内存计算系统）

概述

FaRM 是一个高性能的分布式内存计算系统，其主要特点包括：

• 高性能：在 90 台机器上实现 1.4 * 10^8 TPS;
• 运行环境：仅在一个数据中心内运行，确保数据中心不能出现故障;
• 串行化支持：支持可串行化的事务处理;
• 数据分片;
• 非易失性 DRAM;
• 内核旁路技术：利用 Kernel Bypass 技术，解决 CPU 和网络瓶颈，避免操作系统与网卡的交互;
• RDMA：通过 RDMA 允许网卡从远程服务器读取内存;
• 乐观并发控制;

神奇的Farm(FaRM)系统：同时实现CAP特性

在内存中运行事务，确保所有数据一致性;

通过配置管理器（CM）和 Zookeeper，保存区域编号及主/备机的映射;

通过区域（可比作字节数组，2G）存储对象，并提供唯一 ID（区域号 + 偏移量）来实现分区容忍性;

每个对象的头部包含一个 64 位数，表示锁和版本号（1 + 63）。

内核旁路技术

FaRM 通过内核旁路技术：分离控制层和数据层，将数据包处理、内存管理、处理器调度等任务转移到用户空间，内核仅负责部分控制指令；

数据包进入后，通过一个 goroutine 轮询接收，避免触发中断，从而降低上下文切换的消耗;网卡有排序队列、接收和发送队列，这些队列直接映射到应用层的地址空间；

发送 RDMA 包实际上类似于远程调用;

挑战：事务中使用rdma

乐观并发控制解决：

1. 加锁（写）：在事务提交前对所有涉及的资源加锁（Test and Set）;
2. 验证（读）：读取验证数据的一致性;
3. 提交备份：向备份节点提交事务;
4. 提交主节点：向主节点提交事务;
5. 截断（Truncate）：清理已完成的事务;

通过 RDMA 发送数据后，CM 要求主节点对所有涉及的资源加锁，成功后返回 ACK。此阶段进行冲突检测;

无锁化只读事务

只读事务可以无锁化，仅使用单边 RDMA，从而将锁和验证分成两个阶段，实现严格串行化(乐观并发控制);

容错机制：为了保证事务的持久化，FaRM 利用多副本（或其他存活的节点）来恢复数据;

CM 会更新配置，将数据区域映射到正常工作的节点，直到节点恢复;

总结

FaRM 系统具备以下优势：

• 快：使用乐观并发控制，数据存储在内存中，复制仅发生在一个数据中心;
• 硬件要求：节点硬件必须支持 RDMA 的网络接口卡（NIC）和非易失性 RAM（核心需要断电后仍能保存数据，易失性内存加备用电源也可行）;
• 原子读写 + 事务乐观并发控制 + 两阶段提交