面试题：分布式文件系统中的文件读权限同步与控制

Question

在一个分布式文件系统（如Ceph）中，由于数据可能分布在多个存储节点上，如何确保文件读权限在各个节点间的一致性和同步性？当一个客户端请求读取文件时，系统是如何基于文件读权限进行身份验证和授权的？请描述相关的技术原理和可能涉及的关键流程。

Answer 1

确保文件读权限在各个节点间一致性和同步性的方法

1. 元数据管理：
   • 分布式文件系统通常有专门的元数据服务器（如Ceph中的MDS，Metadata Server）。元数据包含文件的属性信息，其中就包括读权限相关信息。当文件的读权限发生变化时，元数据服务器会更新相应的权限记录。所有存储节点在处理文件读请求时，会先向元数据服务器查询最新的权限信息，以确保一致性。
   • 例如，在Ceph中，MDS负责维护文件系统的目录结构和元数据，包括文件的权限。存储节点（OSD，Object Storage Device）在处理读请求时，会从MDS获取最新的权限信息。
2. 分布式锁机制：
   • 为了防止在权限更新过程中出现不一致的情况，可以使用分布式锁。当某个客户端请求修改文件读权限时，它首先获取分布式锁。在持有锁期间，它可以安全地更新权限信息，其他节点在此期间无法修改权限。当锁释放后，其他节点可以获取最新的权限信息。
   • 比如，可以基于Zookeeper实现分布式锁。客户端在Zookeeper上创建一个临时顺序节点来竞争锁，获取到锁的客户端进行权限更新操作，更新完成后删除该节点释放锁。
3. 复制和同步：
   • 对于权限信息，会在各个存储节点之间进行复制。通过数据同步机制，当权限在一个节点上更新后，会将新的权限信息同步到其他节点。这可以通过基于日志的复制（如Raft协议中的日志复制）来实现。
   • 以Raft为例，当权限更新操作作为一条日志记录添加到领导者节点的日志中时，领导者会将该日志复制到其他追随者节点，追随者节点在成功应用该日志后，回复领导者。当大多数节点都成功应用该日志时，权限更新操作就被认为是已提交的，从而保证了权限在各个节点间的一致性。

客户端请求读取文件时基于文件读权限进行身份验证和授权的技术原理及关键流程

1. 身份验证：
   • 原理：
     • 客户端在与分布式文件系统建立连接时，通常会携带身份凭证。常见的身份验证方式包括基于用户名和密码、公钥/私钥对（如SSH密钥对）或令牌（如OAuth令牌）。分布式文件系统会对这些凭证进行验证，以确认客户端的身份。
     • 例如，在一些系统中，客户端使用用户名和密码进行身份验证。文件系统会将客户端提供的用户名和密码与存储在用户信息数据库中的记录进行比对。如果匹配，则身份验证成功。
   • 关键流程：
     • 客户端发起连接：客户端向分布式文件系统的接入点（如Ceph中的Monitor）发送连接请求，并附上身份凭证。
     • 验证请求：接入点将身份验证请求转发给相应的身份验证服务（如LDAP服务器或内部用户数据库）。
     • 验证结果返回：身份验证服务验证凭证后，将验证结果返回给接入点。如果验证成功，接入点为客户端分配一个会话标识（session ID），用于后续的通信。
2. 授权：
   • 原理：
     • 在确认客户端身份后，分布式文件系统会根据文件的读权限设置来判断该客户端是否有权限读取文件。读权限通常是基于用户身份、用户组或其他访问控制策略（如基于角色的访问控制RBAC）来定义的。
     • 例如，在基于角色的访问控制中，文件的读权限可能被授予特定的角色（如“读取者”角色）。客户端的身份被映射到某个角色，如果该角色具有文件的读权限，则客户端被授权读取文件。
   • 关键流程：
     • 读请求发送：客户端使用会话标识向存储节点发送文件读请求。
     • 权限查询：存储节点接收到请求后，向元数据服务器查询该文件的读权限信息，同时获取客户端的身份信息（从会话标识中提取）。
     • 权限匹配：将客户端的身份与文件的读权限进行匹配。例如，如果文件设置为仅特定用户组可读取，存储节点会检查客户端是否属于该用户组。
     • 授权决策：如果客户端的身份满足文件的读权限要求，则授权通过，存储节点开始读取文件数据并返回给客户端；否则，返回权限不足的错误信息。