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pNFS (并行NFS) 详解

Parallel NFS (pNFS) is a part of the NFS v4.1 standard that allows compute clients to access storage devices directly and in parallel. The pNFS architecture eliminates the scalability and performance issues associated with NFS servers deployed today. This is achieved by the separation of data and metadata, and moving the metadata server out of the data path. "Parallel storage based on pNFS is the next evolution beyond clustered NFS storage and the best way for the industry to solve storage and I/O performance bottlenecks. Panasas was the first to identify the need for a production grade, standard parallel file system and has unprecedented experience in deploying commercial parallel storage solutions."– Robin Harris, Data Mobility Group

1. pNFS简介

pNFS是并行网络文件系统,为NFSv4.1的一部分,与NFSv3不同的是,它将元数据与数据进行分离,允许客户端直接与数据服务器进行交互。这种机制解决了传统NFS的性能瓶颈问题,从而使得系统获得高性能和高扩展性的特性。

最近几年,高性能数据中心已经快速向并行技术转移,比如集群计算和多核心处理器,这些加速了并行应用的开发和广泛使用。

虽然这种并行使用的增加解决了大多数的计算瓶颈,它却把性能瓶颈转移到了存储I/O系统。随着主流计算转向并行,存储子系统也需要转移到并行技术。为了成为通用的方式,需要一个标准的方法,能够从多个存储供应商选择存储设备并且从任何客户端都能自由的存取并行存储器。

为了转向高一等级的性能水平,当存储系统依附到一个经济有效的标准时必须对并行做最优化。NFS,当前流行的网络文件系统标准并不支持并行I/O,主要存储供应商提供的现有并行产品也不能彼此兼容。在业界提供出一个并行存储的标准之前,用户选用设备都将继续受到妨碍,他们勉强的部署一套存在许多不兼容的并行存储系统。

1.1 当今NFS遇到的挑战

为了了解pNFS是如何工作的,首先必须了解在一个典型的NFS结构
中当客户端试图存取一个文件时是如何进行的。图1展示了一个传统的NFS结构。你可以看到NFS服务器位于客户端计算机和实际的物理存储装置之间。当客户端想要存取存储器上的文件时,它必须创建一个到NFS 服务器的连接(也就是创建一个安装点)。当客户端试图存取存文件时NFS服务器起仲裁者的作用,管理所有需要的数据处理,把数据传送到提出请求的客户端。

为了了解pNFS是如何工作的,首先必须了解在一个典型的NFS结构中当客户端试图存取一个文件时是如何进行的。图1展示了一个传统的NFS结构。你可以看到NFS服务器位于客户端计算机和实际的物理存储装置之间。当客户端想要存取存储器上的文件时,它必须创建一个到NFS 服务器的连接(也就是创建一个安装点)。当客户端试图存取存文件时NFS服务器起仲裁者的作用,管理所有需要的数据处理,把数据传送到提出请求的客户端。

由较少的客户端访问相对较小的数据集时这种结构工作的很好,通过直接连接的存储器能够收到显著的效益(就象你PC上的磁盘);也就是数据能够由多个客户端共享,能够由任何有NFS 能力的客户端访问。可是如果大量的客户端需要访问数据或太大的数据集时,NFS服务器很快就变成了一个瓶颈,抑制了系统性能。pNFS从根本上消除了这个瓶颈,允许从许多许多客户端以难以置信的速度快速存取非常大的数据集。

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