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分布式文件系统概述

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由于工作性质的关系,我觉得自己很有必要对当今主流的分布式文件系统(Distributed File System,DFS)做系统的研究,总结优缺点,为下一步的工作提供必要的参考。因此,我动手搜集了不少资料,并进行了很初步的学习,以后我会把自己对DFS的学习心得整理起来,陆续放到博客上来。这就当是开篇吧,嘿嘿
分布式文件系统概述
文件系统是操作系统的一个重要组成部分,通过对操作系统所管理的存储空间的抽象,向用户提供统一的、对象化的访问接口,屏蔽对物理设备的直接操作和资源管理。
根据计算环境和所提供功能的不同,文件系统可划分为四个层次,从低到高依次是:单处理器单用户的本地文件系统,如DOS的文件系统;多处理器单用户的本地文件系统,如OS/2的文件系统;多处理器多用户的本地文件系统,如Unix的本地文件系统;多处理器多用户的分布式文件系统,如Lustre文件系统。
本地文件系统(Local File System)是指文件系统管理的物理存储资源直接连接在本地节点上,处理器通过系统总线可以直接访问。分布式文件系统(Distributed File System)是指文件系统管理的物理存储资源不一定直接连接在本地节点上,而是通过计算机网络与节点相连。
由于互联网应用的不断发展,本地文件系统由于单个节点本身的局限性,已经很难满足海量数据存取的需要了,因而不得不借助分布式文件系统,把系统负载转移到多个节点上。
传统的分布式文件系统(如NFS)中,所有数据和元数据存放在一起,通过单一的存储服务器提供。这种模式一般称之为带内模式(In-band Mode)。随着客户端数目的增加,服务器就成了整个系统的瓶颈。因为系统所有的数据传输和元数据处理都要通过服务器,不仅单个服务器的处理能力有限,存储能力受到磁盘容量的限制,吞吐能力也受到磁盘I/O和网络I/O的限制。在当今对数据吞吐量要求越来越大的互联网应用中,传统的分布式文件系统已经很难满足应用的需要。
于是,一种新的分布式文件系统的结构出现了,那就是利用存储区域网络(SAN)技术,将应用服务器直接和存储设备相连接,大大提高数据的传输能力,减少数据传输的延时。在这样的结构里,所有的应用服务器都可以直接访问存储在SAN中的数据,而只有关于文件信息的元数据才经过元数据服务器处理提供,减少了数据传输的中间环节,提高了传输效率,减轻了元数据服务器的负载。每个元数据服务器可以向更多的应用服务器提供文件系统元数据服务。这种模式一般称之为带外模式(Out-of-band Mode)。最近的Storage Tank、CXFS、Lustre、BWFS等都采用这样的结构,因此它们可以取得更好的性能和扩展性。区分带内模式和带外模式的主要依据是,关于文件系统元数据操作的控制信息是否和文件数据一起都通过服务器转发传送。前者需要服务器转发,后者是直接访问。

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