【Ceph RADOS】RBD：image 到对象的映射、krbd 与 librbd、快照与克隆边界
内容提要
RBD将块设备映射为RADOS对象，默认4MiB大小，通过偏移计算对象序号。krbd走内核路径，librbd走用户态，均依赖Exclusive Lock保证写互斥。快照采用COW机制，首次覆盖写触发复制；克隆形成父子链，flatten需复制共享数据。Object map可跳过空读，但增加写开销。
延伸解读
对象映射的排障要点
RBD 数据对象命名由 block_name_prefix 和 16 位十六进制对象序号组成，序号从 0 开始。偏移换算公式为 obj_seq = floor(off / S)，S 为对象大小（默认 4MiB）。排障时务必以 rbd info 输出的 block_name_prefix 为准，手工拼写或漏补零会导致静默空洞，而非明确报错。
krbd 与 librbd 的适用边界
krbd 适合需要 /dev/ 块设备接口且依赖 OS page cache 的场景，但受内核支持的特性限制；librbd 适合 QEMU 等用户态应用，支持深度队列和写回缓存。两者都依赖 Exclusive Lock 保证写互斥，多客户端写需接受协作转移语义，或显式 --exclusive 独占。
快照与克隆的代价模型
快照采用 COW，首次覆盖写触发复制，增加尾延迟；克隆形成父子链，读路径沿 parent 指针向上查找，每层增加一次往返。flatten 需复制共享数据，耗时随父快照可见数据量增加，期间占带宽。生产上建议模板池只读 snap + 实例 clone，迁移前强制 flatten。
特性依赖与兼容性
RBD 特性存在依赖关系：exclusive-lock 依赖 layering，object-map 和 fast-diff 依赖 exclusive-lock，journaling 依赖 exclusive-lock。较旧内核 krbd 可能不支持部分特性，需用 rbd feature disable 降级。新建 image 默认特性集可通过 rbd_default_features 调节。
Q&A
RBD image 中的对象大小默认是多少？如何计算一个偏移对应的对象序号和对象内偏移？
RBD image 的默认对象大小是 4MiB（由 order=22 决定，即 2^22 字节）。给定写入偏移 off 和对象大小 S，对象序号 obj_seq = floor(off / S)，对象内偏移 obj_off = off mod S。
krbd 和 librbd 在实现路径上有什么区别？
krbd 是 Linux 内核驱动（drivers/block/rbd.c），通过 libceph 与 OSD 通信，提供 /dev/rbdN 块设备接口，依赖内核块层和页缓存。librbd 是用户态库，直接调用 librados API，不经过内核块层，常用于 QEMU 等虚拟化场景，支持更灵活的缓存和并发控制。
RBD 的 Exclusive Lock 有什么作用？它如何保证多客户端写互斥？
Exclusive Lock 是 RBD 层的客户端互斥机制，保证同一时刻只有一个客户端写 image，从而保护 object-map、journal 等内部结构。默认采用协作转移模式：写方先抢锁，若锁被其他客户端持有，则请求对方停写并释放锁。非优雅退出时，新写方需与 Monitor 协商将旧客户端 blocklist 后才能破锁。
RBD 快照的 COW 机制是如何触发的？
RBD 快照创建时几乎不复制数据，只记录元数据。真正的复制发生在快照创建后第一次覆盖写某个对象时，由 OSD 的 PrimaryLogPG 在写路径上执行 copy-on-write：先保留快照可见的旧数据，再写入新数据。同一对象后续的写不再触发 COW。
RBD 克隆的父子链是如何工作的？flatten 操作有什么代价？
克隆创建的子 image 初始没有自己的数据对象，读取时若子 image 无对象，则沿 parent 指针从父快照读取。写入时触发 COW，将父对象复制到子 image。多级克隆形成链，读路径每层增加一次往返。flatten 操作将共享数据全部复制到子 image，切断 parent 引用，耗时随父快照可见数据量增加，期间占用带宽，但子 image 仍可读写。
RBD 的 object map 特性有什么优缺点？
object map 是一个位图，标记哪些数据对象已存在。优点：读取时若对象标记为不存在，可直接返回全零，避免发送 RADOS 读请求，减少读放大。缺点：每次首次写入新对象时需额外更新位图（一次 RADOS OMAP 操作），增加写开销，尤其对随机小写有影响。
RBD 的 features 标志之间有哪些依赖关系？
常见依赖：exclusive-lock 依赖 layering；object-map 和 fast-diff 依赖 exclusive-lock；journaling 依赖 exclusive-lock。较旧内核可能不支持部分 features，需用 rbd feature disable 降级。
