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1、KFS:探索文件系统设计的灵活性DilmaM.daSilva1,LivioB.Soares2*PartiallysupportbyCNPq(ConselhoNacionaldeDesenvolvimentoCientificoeTecnologico),Brazil,throughgrant132845.,OrranKrieger11IBMTJWatsonResearchCenterPOBox218YorktownHeights,NY10598USA2ComputerScienceDepartmentUniversityofSaoPaul
2、oRuadoMatao,1010SaoPaulo,SPCEP05508-900Brazildilma@watson.ibm.com,livio@ibm.usp.br,okrieg@us.ibm.com摘要:本文章讨论了文件系统应该可以在文件和目录的粒度上进行定制,以满足应用于不同工作量的需求和使用的访问模式.我们所说的KFS,是一个可以提供细粒度,灵活性服务的文件系统.在KFS中,每一个文件或目录都有不同的,适应于它的服务的实现,并且这些实现在系统的运行过程中也会有一些变化.KFS运行在Linux和K42操作系统上.我们描述了KFS是如何
3、将其灵活性表现在它对于元数据的管理和维护上的.1.引言一般而言,文件系统是设计用来满足一系列关于文件特征,期望工作量,使用和故障形态的需求和假设的.对于连续数据的表示方法和操作策略的选择,通常是应用在整个文件系统中的所有文件上的,而不会考虑文件的特殊性质.文件系统的实现必须可以处理所有的边界情况,并且在传统的文件系统设计当中(例如,FFS[McKusicketal.,1984],ext2fs[Cardetal.,1994]),这样做的代价通常是对于普通情况处理时性能的削弱.例如:l研究表明,对于许多的工作,大部分的文件是小文件[Ouste
4、rhoutetal.,1985,Mesnieretal.,2004].对于小文件操作的优化,可以提高系统40%的性能[Soulesetal.,2003];l通过[Mesnieretal.,2004]收集来的NFS的数据表明,超过63%的文件的生命周期不到1秒钟;将这些文件存储在非易失性存储器(NVRAM,全称non-volatileRAM)中,将大大提高系统的性能;l对于同一个文件的并发访问并不常见(现有的数据表明不到1%),但它却让文件系统增加对文件路径的加锁和解锁操作.同样,大部分文件系统提供了复制,跨磁盘剪切或者文件版本控制等功能作
5、为压缩整个文件系统的策略,虽然在许多情况下,数据的拥有着只对自己的一小部分数据有这样的需求.在传统的文件系统中,为了处理这些情况,我们把细粒度的灵活性作为一个文件系统的主干.一个细粒度的文件系统,将允许对特定场景,访问模式和需求有较为优化的实现;同时这也将允许不同的,甚至可能会互相冲突的实现和策略共存于同一个文件系统.灵活性还可以用来解决一些未知的需求,例如扩展这个文件系统以使其可以处理由新一类应用引入的新的文件访问模式.在我们的研究中,我们在一个非常接近真实科研和商业应用的一个文件系统的实现上来评估这个文件系统的架构,这个文件系统的实现
6、在性能上可以与Linux的ext2fs文件系统相媲美.我们的主要任务是评估动态定制的文件系统服务.同样,我们要设计出具有足够灵活性的实现以便在新的存储技术上进行实验.例如,像基于MEMS的存储设备[ScholosserandGanger,2004]会明显影响我们在对于磁盘容量,延时和带宽上做的假设.同样,一些”智能设备”还有可能会具有我们当前在文件系统层面上实现的管理功能.例如,现在基于对象存储设计将块分配和请求队列的职责从文件系统的层面移动到了设备层面.先前的工作已经解决了为一个新的需求创建一个文件系统的问题,并且重点关注开发这个文件系
7、统的简便性.Mazieres在[Mazieres,2001]中介绍了一个用于扩展Unix文件系统的工具包.这项工作公开了NFS的接口,使得我们可以在用户层面实现一个新的文件系统.可堆叠式文件系统(stackablefilesystem)通过提供一个可扩展的文件系统接口来加速文件系统的开发,这些接口允许逐步在操作系统中加入新的特性[Rosenthal,1990,HeidemannandPopek,1994,KhalidandNelson,1993,ZadokandNieh,2000].所有的这些都专注于改进整个文件系统的性能;我们的研究要从
8、文件或目录的粒度来改变文件系统的性能.我们的研究是在对于HFS(HurricaneFileSystem)[KriegerandStumm,1997]的研究的基础上进行的.HFS是为共享内存的多
