2.3 GFS的原子性

接下来我们分析GFS的一致性，首先从原子性开始分析。

2.3.1 write和record append的区别

前面讲过，如果一次写入的数据量超过了chunk的边界，那么这次写入会被分解成多个操作，write和record append在处理数据跨越边界时的行为是不同的。

下面我们举例来进行说明。

例子1：目前文件有两个chunk，分别是chunk1和chunk2。客户端1在54MB的位置写入20MB数据。同时，客户端2也在54MB的位置写入20MB的数据。两个客户端都写入成功。

前面讲过，chunk的大小是固定的64MB。客户端1的写入跨越了chunk的边界，因此要被分解成两个操作，其中第一个操作写入chunk1最后10MB数据；第二个操作写入chunk2开头10MB数据。

客户端2的写入也跨越了chunk的边界，因此也要被分解为两个操作，其中第一个操作（作为第三个操作）写入chunk1最后10MB数据；第二个操作（作为第四个操作）写入chunk2开头10MB数据。

两个客户端并发写入数据，因此第一个操作和第三个操作在chunk1上是并发执行的，第二个操作和第四个操作在chunk2上也是并发执行的。如果chunk1先执行第一个操作，后执行第三个操作；chunk2先执行第四个操作，后执行第二个操作，那么最后在chunk1上会保留客户端1写入的数据，在chunk2上会保留客户端2写入的数据。虽然客户端1和客户端2的写入都成功了，但最后的结果既不是客户端1想要的结果，也不是客户端2想要的结果，而是客户端1和客户端2写入的混合结果。对于客户端1和客户端2来说，它们的操作都不是原子的。

例子2：目前文件有两个chunk，分别是chunk1和chunk2。一个客户端在54MB的位置写入20MB数据，但这次写入失败了。

这次写入跨越了chunk的边界，因此要被分解成两个操作，其中第一个操作写入chunk1最后10MB数据；第二个操作写入chunk2开头10MB数据。chunk1执行第一个操作成功了，chunk2执行第二个操作失败了。也就是说，写入的这部分数据，一部分是成功的，一部分是失败的。这也不是原子操作。

例子3：目前文件有一个chunk，为chunk1。一个客户端在54MB的位置追加一个12MB的记录，最终写入成功。

由于这个record append操作最多能在chunk1中写入10MB数据，而要写入的数据量（12MB）超过chunk的剩余空间，剩余空间会被填充，GFS会新建一个chunk，为chunk2，这次写入操作会在chunk2上重试。这样就保证了record append操作只会在一个chunk上生效，从而避免了文件操作跨越边界被分解成多个chunk操作，也就避免了写入的数据一部分成功、一部分失败和并发写入的数据混在一起这两种非原子性的行为。

2.3.2 GFS中原子性的含义

GFS中的一次写入，可能会被分解成分布在多个chunk上的多个操作，并且由于master的锁机制和chunk lease机制，如果写入操作发生在一个chunk上，则可以保护它是原子的。但是如果一些文件写入被分解成多个chunk写入操作，那么GFS并不能保证多个chunk写入要么同时成功、要么同时失败，会出现一部分chunk写入成功、一部分chunk写入失败的情况，所以不具有原子性。之所以称record append操作是原子的，是因为GFS保证record append操作不会被分解成多个chunk写入操作。如果write操作不跨越边界，那么write操作也满足GFS的原子性。

2.3.3 GFS中多副本之间不具有原子性

GFS中一个chunk的副本之间是不具有原子性的，不具有原子性的副本复制行为表现为：一个写入操作，如果成功，那么它在所有的副本上都成功；如果失败，则有可能是一部分副本成功，而另一部分副本失败。

在这样的行为下，失败会产生以下结果：

● write在写入失败后，虽然客户端可以重试，直到写入成功，达到一致的状态，但是如果在重试成功以前，客户端出现宕机，那么就变成永久的不一致了。

● record append在写入失败后，也会重试，但是与write的重试不同，它不是在原有的offset处重试，而是在失败的记录后面重试，这样record append留下的不一致是永久的，并且还会出现重复问题。如果一条记录在一部分副本上写入是成功的，在另外一部分副本上写入是失败的，那么这次record append就会将失败的结果告知客户端，并且让客户端重试。如果重试后成功，那么在某些副本上，这条记录就会被写入两次。

从以上结果可以得出结论：record append保证至少有一次原子操作（at least once atomic）。