Linux新技術對象存儲文件系統

2、并發(fā)數據訪問對象存儲體系結構定義了一個新的、更加智能化的磁盤接口OSD。OSD是與網絡連接的設備，它自身包含存儲介質，如磁盤或磁帶，并具有足夠的智能可以管理本地存儲的數據。計算結點直接與OSD通信，訪問它存儲的數據，由于OSD具有智能，因此不需要文件服務器的介入。如果將文件系統的數據分布在多個OSD上，則聚合I/O速率和數據吞吐率將線性增長，對絕大多數Linux集群應用來說，持續(xù)的I/O聚合帶寬和吞吐率對較多數目的計算結點是非常重要的。對象存儲結構提供的性能是目前其它存儲結構難以達到的，如ActiveScale對象存儲文件系統的帶寬可以達到10GB/s。

2.3 Lustre對象存儲文件系統

Lustre對象存儲文件系統就是由客戶端(client)、存儲服務器(OST，Object Storage Target)和元數據服務器(MDS)三個主要部分組成。Lustre的客戶端運行Lustre文件系統，它和OST進行文件數據I/O的交互，和MDS進行命名空間操作的交互。為了提高Lustre文件系統的性能，通常Client、OST和MDS是分離，當然這些子系統也可以運行在同一個系統中。其三個主要部分如圖1所示。

Lustre是一個透明的全局文件系統，客戶端可以透明地訪問集群文件系統中的數據，而無需知道這些數據的實際存儲位置?？蛻舳送ㄟ^網絡讀取服務器上的數據，存儲服務器負責實際文件系統的讀寫操作以及存儲設備的連接，元數據服務器負責文件系統目錄結構、文件權限和文件的擴展屬性以及維護整個文件系統的數據一致性和響應客戶端的請求。 Lustre把文件當作由元數據服務器定位的對象，元數據服務器指導實際的文件I/O請求到存儲服務器，存儲服務器管理在基于對象的磁盤組上的物理存儲。由于采用元數據和存儲數據相分離的技術，可以充分分離計算和存儲資源，使得客戶端計算機可以專注于用戶和應用程序的請求;存儲服務器和元數據服務器專注于讀、傳輸和寫數據。存儲服務器端的數據備份和存儲配置以及存儲服務器擴充等操作不會影響到客戶端，存儲服務器和元數據服務器均不會成為性能瓶頸。

Lustre的全局命名空間為文件系統的所有客戶端提供了一個有效的全局唯一的目錄樹，并將數據條塊化，再把數據分配到各個存儲服務器上，提供了比傳統SAN的塊共享更為靈活的共享訪問方式。全局目錄樹消除了在客戶端的配置信息，并且在配置信息更新時仍然保持有效。

三、測試和結論

1、Lustre iozone測試

針對對象存儲文件系統，我們對Lustre文件系統作了初步測試，具體配置如下：

3臺雙至強系統：CPU：1.7GHz，內存：1GB，千兆位以太網

Lustre文件系統：lustre-1.0.2

Linux版本：RedHat 8

測試程序：iozone

測試結果如下：

塊寫(MB/s/thread) 單線程 兩個線程

Lustre 1個OST 2個OST 1個OST 2個OST

21.7 50 12.8 24.8

NFS 12 5.8

從以上的測試表明，單一OST的寫帶寬比NFS好，2個OST的擴展性很好，顯示strip的效果，兩個線程的聚合帶寬基本等于飽和帶寬，但lustre客戶方的CPU利用率非常高(90%以上)，測試系統的規(guī)模(三個節(jié)點)受限，所以沒有向上擴展OST和client數量。另外，lustre的cache對文件寫的性能提升比NFS好。通過bonnie++初步測試了lustre的元數據處理能力，和NFS比，文件創(chuàng)建速度相對快一些，readdir速度慢。

2、lustre小規(guī)模測試數據(文件寫測試，單位KB/s)：

硬件：Dual Xeon1.7,GigE, SCSI Ultra160 軟件：RedHat8，iozone

從初步的測試看，lustre的性能和可擴展性都不錯。與傳統的文件系統相比，對象存儲文件系統具有以下優(yōu)勢：

(1)性能。對象存儲體系結構沒有其它共享存儲系統中的元數據管理器瓶頸。NAS系統使用一個集中的文件服務器作為元數據管理器，一些SAN文件系統則采用集中的鎖管理器，最后元數據管理將成為一個瓶頸。對象存儲體系結構類似于SAN，每個結點都可以直接訪問它的存儲設備。對象存儲體系結構對SAN的改進是沒有RAID控制器的瓶頸問題，當計算結點的規(guī)模增大時，該優(yōu)勢將非常明顯，所有結點的總吞吐率最后將受限于存儲系統的規(guī)模和網絡的性能。存儲對象結點發(fā)送數據到OSD，OSD自動優(yōu)化數據的分布，這樣減少了計算結點的負擔，并允許向多個OSD并行讀寫，最大化單個Client的吞吐率。

(2)可擴展性。將負載分布到多個智能的OSD，并用網絡和軟件將它們有機結合起來，消除了可擴展問題。一個對象存儲系統有內存、處理器、磁盤系統等，允許它們增加其存儲處理能力而與系統其它部分無關。如果對象存儲系統沒有足夠的存儲處理能力，可以增加OSD，確保線性增加性能。

(3)OSD分擔主要的元數據服務任務。元數據管理能力通常是共享存儲系統的瓶頸，所有計算結點和存儲結點都需要訪問它。在對象存儲結構中，元數據服務有兩部分組成：inode元數據，管理介質上的存儲塊分布;文件元數據，管理文件系統的文件層次結構和目錄。對象存儲結構增加了元數據訪問的可擴展，OSD負責自己的inode元數據，增加一個OSD可以增加磁盤容量，并可以增加元數據管理資源。而傳統的NAS服務器增加更多的磁盤，則性能將更慢。對象存儲系統在容量擴展時，確保持續(xù)的吞吐率。

(4)易管理。智能化的分布對象存儲結構可以簡化存儲管理任務，可以簡化數據優(yōu)化分布的任務。例如，新增存儲容量可以自動合并到存儲系統中，因為OSD可以接受來自計算結點發(fā)出的對象請求。系統管理員不需要創(chuàng)建LUN，不需要重新調整分區(qū)，不需要重新平衡邏輯卷，不需要更新文件服務器等。RAID塊可自動擴展到新的對象，充分利用新增的OSD。

(5)安全。傳統的存儲系統通常依賴于Client的身份認證和私有的網絡確保系統安全。對象存儲結構在每個級別都提供安全功能，主要包括存儲設備的身份認證，計算結點的身份認證，計算結點命令的身份認證，所有命令的完整性檢查，基于IPSec的私有數據和命令等。這些安全級別可以確保用戶使用更高效、更易獲得的網絡，如以太網等。目前panasas已經推出了商業(yè)化的對象存儲全局文件系統ActiveScale，對象存儲正在被重視，Lustre也已經在(ALC、MCR)或將(RedStorm)在多個大規(guī)模集群上應用，因而對象存儲文件系統將成為未來集群存儲的重要發(fā)展方向。