分布式文件系统

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1、1分布式文件系统黄华杨德志张建刚摘要本文简要回顾了分布式文件系统的发展历史和当前的最新进展，结合具体分布式文件系统分析了它们的体系结构以及每种结构的优缺点，然后对比分析了实现一个分布式文件系统所需要的关键技术，最后根据当前软、硬件的发展和应用的发展需求，展望了分布式文件系统以后的发展方向。关键词文件系统，分布式文件系统，机群文件系统，体系结构，缓存一致性，安全，扩展性1引言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，M.Satyanaraya

2、nan[1]将文件系统划分为四个层次，从低到高依次是：(a)单处理器单用户的本地文件系统，如DOS的文件系统；(b)多处理器单用户的本地文件系统，如OS/2的文件系统；(c)多处理器多用户的文件系统，如UNIX的本地文件系统；(d)多处理器多用户的分布式文件系统。本地文件系统（LocalFileSystem）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（DistributedFileSystem）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。上述按照层次的分类中，高层次的文件系统

3、都是以低层次的文件系统为基础，实现了更高级的功能。比如(b)需要比(a)多考虑并发控制（ConcurrencyControl），因为可能存在多个处理器同时访问文件系统的情况；(c)需要比(b)多考虑数据安全访问方面的设计，因为多个用户存在于同一个系统中，保证数据的授权访问是一个关键；(d)需要比(c)多考虑分布式体系结构带来的诸多问题，比如同步访问（synchronousaccess）、缓冲一致性（cachecoherency）等。随着层次的提高，文件系统在设计和实现方面的难度也会成倍的提高。但是现在的分布式文件系统一般还是保持与最基本的本地文件系统几乎相同的访问接口和对象

4、模型，这主要是为了向用户提供向后的兼容性，也保持原来的简单的对象模型和访问接口。但这并不说明文件系统设计和实现的难度没有增加。恰恰由于对用户透明地改变了提供结构，满足用户的需求，以掩盖分布式文件操作的复杂性，大大增加了分布式文件系统的实现难度。计算机技术在飞速的发展，摩尔（Moor）定律似乎在未来的若干年内仍将有效：计算机的处理器速度在不断地提高，计算机存储器的容量和传输速度在非常规地发展，计算机网络的吞吐量更是在跳跃式地增加。在计算机的性能不断提升的同时，计算机部件的平均价格却在不断下降。用户可以用更小的成本，购买更好更快更稳定的设备。存储系统，文件系统面临的新的挑战也随

5、之而来：如何管理更多的设备，提供更好的性能，更加有效地降低管理成本等。各种新的存储技术和分布式文件技术都被不断地设计和实现出来，以满足用户日益增长的需求。因此有必要简要回顾分布式文件系统发展的历史，分析对比当前主流的分布式文件系统在体系结构、缓存一致性、安全等方面的长处和不足。1本文摘自中国科学院计算技术研究所内部刊物—信息技术快报2004年第10期-1-2历史与现状文件系统最初是用来管理本地磁盘，提供用户访问接口。某些数据的集合叫做一个“文件（file）”，并赋予每一个文件一定的属性以标识该数据集合的某些属性。文件按照树（tree）结构层次进行管理和检索。最初的文件系统只

6、能管理本地磁盘空间。主机之间的文件共享与传输则通过文件传输协议[2]（FTP-filetransferprotocol）实现。但FTP没有提供与本地文件系统一致的访问接口和对象模型。随着计算机应用范围的扩展，通过文件访问接口在不同主机之间共享文件的需求日益增强。在二十世纪70年代就出现了最初的分布式文件系统的尝试[3]。到了二十世纪八十年代中期，网络文件系统（NFS-NetworkFileSystem）[4][5]的出现使得分布式文件系统逐渐发展并应用到各个领域。从早期的NFS到StorageTank，分布式文件系统在体系结构、系统规模、性能、可扩展性、可用性等方面经历了较

7、大的变化。下面分为几个阶段介绍分布式文件系统的发展过程。2.11980-1990早期的文件系统以NFS和AFS(AndrewFileSystem)最具代表性，对以后的文件系统的设计也最有影响。NFS从1985年出现至今，已经经历了四个版本的更新，被移植到了几乎所有主流的操作系统，成为分布式文件系统事实上的标准。NFS利用Unix系统中的虚拟文件系统（VFS-VirtualFileSystem）机制，将客户机对文件系统的请求，通过规范的文件访问协议和远程过程调用，转发到服务器端进行处理；服务器端在VFS之上，通过本地