rsync是一种文件差异传输的算法,特点是高效且相似块识别率较高。具体算法这边就不赘述,网上很多,官方文档也描述的很清楚。

rsync提高文件比对效率的一个核心算法之一就是rolling checksum,官方使用的是Alder32 Hash算法。

在我经历的一个项目中,我们在Windows Azure中实现文件差异传输模块,我使用rsync时发现在本地测试速度非常理想,但一旦放到实际环境中则让人完全无法接受。

于是走上了漫长而痛苦的优化之路。。。。。。

除了外部的一些调优,最终我还是决定在rsync的算法上开刀。经过冥思(真的就只是坐着不动,连续几个小时的思考),有一个想法跳了出来 -- Jump Rolling!

rsync中的rolling是一个痛苦漫长计算消耗极大的过程,为了更好的比对文件差异,rsync是逐个字节(byte)进行计算hash比对的,听上去很恐怖,不过如果你看了rolling checksum的算法就知道这个还是很巧妙的提高了rolling的效率。

当rolling了一个chunk的数据发现匹配了,这样很好,标记为匹配,接着从下个chunk开始计算。但如果一直不匹配,rolling就必须一个字节一个字节的进行。

假设一下我们A和B两个文件长度都为100,分成10块每个chunk长度为10:

第一种情况:

A和B完全是相同的两个文件

Rolling开始计算第一块,匹配,接着计算第二块,匹配…… 一共计算5次弱hash和强hash,结束。

第二种情况:

A和B完全不同

Rolling开始计算第一块,不匹配,向后rolling步进为1,直到文件结束都不匹配,一共rolling了90次,结束。(注意直接计算一个chunk的弱hash比rolling一个字节消耗要大,但rolling仍然是非常消耗时间和CPU的计算过程)

好了,到这里我们发现对于匹配度高的文件,rsync计算神速,但匹配度低的文件由于要不断rolling,计算速度就陡然降低很多。

我想到的是我们来根据前面块的计算去“预测”后面块的匹配度。(这怎么可能预测!!!)

是的,预测的算法很多,我使用的是一种比较简单的逻辑“如果出现rolling一整个chunk都没有找到匹配,则预测下个chunk也不匹配”,然后直接跳过下个chunk不计算;进阶的预测是“如果继续出现rolling一整个chunk不匹配,则预测接下来N个chunk也不匹配”,N是关于“连续出现不匹配次数M”的一个函数,函数设计的好可以提高速度又不至于降低太多精度,我用的函数的n = 2^(m-1), 然后根据chunk数量设置了阀值避免跳跃跨度过高(阀值函数也可以自己设计,这边我参考的是rsync的分块算法来完成我的阀值算法)。最后补充规则“当rolling到匹配块时,N重置”,这个规则提高计算结果的匹配精度。OK,这个就是RexSync的精髓了。

再来用RexSync分析状况二:

Rolling开始计算第一块,不匹配,,向后rolling步进为1,直到第2个chunk结束仍然不匹配,跳过chunk3计算chunk4不匹配,rolling chunk5不匹配,跳过6和7计算chunk8不匹配,rolling chunk9不匹配,跳过chunk10结束。rolling了30次,比起rsync的90次降低很多。当然这个例子太简单,实际情况下降低的更多。

好了,这样jump啊jump,精度损失如何?

实际测试结果,精度比rsync下降0-10%左右,当然理论极端值是精度下降到0(除非你根据RexSync的特征制造专门的文件啊亲你真可爱,jump过的chunk都匹配是要闹哪样!)。不过牺牲了一点精度,性能确实极大提高了。你不喜欢牺牲精度?看看标题我怎么写的!!

之前在公司写过正式文档,这篇随便乱写的。sign~

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