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分布式文件系统ppt

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7、分布式文件系统(原理)- 学习课件

7、分布式文件系统(原理)- 学习课件

文件系统概述
索引分配
■ 为每个文件创建一个索引数据块
指向文件数据块的指针列表
■ 文件头包含了索引数据块指针
I
IB
■ 优点
创建、增大、缩小很容易 没有碎片
支持直接访问
■ 缺点
当文件很小时，存储索引的开销 如何处理大文件?
文件系统概述
大文件索引分配
■ 链式索引块 (IB+IB+…)
I
IB
■ 多级索引块(IB*IB *…)
文件系统概述
文件系统的实现
■ 分层结构 虚拟（逻辑）文件系统(VFS, Virtual File System) 特定文件系统模块
文件/文件系统API
虚拟文件系统
ext2
fat
iso9660
设备I/O
nfs
smb
网络I/O
文件系统概述
文件系统基本数据结构
■ 目的 对所有不同文件系统的抽象
■ 功能 提供相同的文件和文件系统接口 管理所有文件和文件系统关联的数据结构 高效查询例程, 遍历文件系统 与特定文件系统模块的交互
Linux文件系统原理
块管理用于记录存储块和文件的关联关系，对于随机存储设备(如磁盘)而言，一般有如下几种方法来实现块管理。 ➢ 连续分配
物理结构是连续分配，连续分配将文件中的N个逻辑块映射到N个地址连续的物理块上。以磁盘为例，如 果扇区的大小是512字节，50KB的文件需要分配连续的100个扇区。这种方案简单、性能好，允许驱动器花较 少的时间对整个文件进行读取和写入。
文件系统概述
文件的用户视图和系统视图
■ 文件的用户视图 持久的数据结构
■ 系统访问接口 字节序列的集合(UNIX) 系统不关心存储在磁盘上的数据结构

分布式文件系统HDFSPPT课件

分布式文件系统HDFSPPT课件

《大数据技术及应用》
信息科学与技术学院
2
3.1 分布式文件系统
• 3.1.1 • 3.1.2
计算机集群结构 分布式文件系统的结构
《大数据技术及应用》
信息科学与技术学院
3
3.1.1计算机集群结构
•分布式文件系统把文件分布存储到多个计算机节点上，成千上万的计算 机节点构成计算机集群 •与之前使用多个处理器和专用高级硬件的并行化处理装置不同的是，目 前的分布式文件系统所采用的计算机集群，都是由普通硬件构成的，这就 大大降低了硬件上的开销
客户端 文件名或数据块号 名称节点
(Client)
(NameNode)
数据块号、数据块位置
写数据 读数据
数据节点 (DataNode)
数据节点 （DataNode）
……
本地Linux文件系统
本地Linux文件系统
机架1
……
备份
数据节点
数据节点
（DataNode）
（DataNode）
……
本地Linux文件系统
Ø名称节点起来之后，HDFS中的更新操作会重新写到EditLog 文件中，因为FsImage文件一般都很大（GB级别的很常见）， 如果所有的更新操作都往FsImage文件中添加，这样会导致系 统运行的十分缓慢，但是，如果往EditLog文件里面写就不会这 样，因为EditLog 要小很多。每次执行写操作之后，且在向客户 端发送成功代码之前，edits文件都需要同步更新。
《大数据技术及应用》
信息科学与技术学院
17
3.4.3通信协议
• HDFS是一个部署在集群上的分布式文件系统，因此，很多 数据需要通过网络进行传输。 • 所有的HDFS通信协议都是构建在TCP/IP协议基础之上的。 • 客户端通过一个可配置的端口向名称节点主动发起TCP连 接，并使用客户端协议与名称节点进行交互。 • 名称节点和数据节点之间则使用数据节点协议进行交互。 • 客户端与数据节点的交互是通过RPC（Remote Procedure Call）来实现的。在设计上，名称节点不会主动发起RPC， 而是响应来自客户端和数据节点的RPC请求。

6、分布式文件系统(数据库)- 学习课件

6、分布式文件系统(数据库)- 学习课件

关系数据库
字段的表示
每个字段都被SQL定义成具体的数据类型，表示一 定长度的字节序列
关系数据库
Байду номын сангаас
记录的表示
定长记录：它所包含的所有字段均为定长。
关系数据库
记录的表示
变长记录：允许它包含变长字段，有多重表示方法
关系数据库
记录集合的存储结构
记录在磁盘上的物理存储方式有物理临接存储，指针 连接存储。
Hadoop DataNode存储着Region Server 管理的数据，所有 的Hbase数据存储在HDFS文件系统中，Region Servers在HDFS DataNode中是可配置的，并使数据存储靠近在它所需要的地方， 就近服务，当王HBASE写数据时时Local的，但是当一个region 被移动之后，Hbase的数据就不是Local的，除非做了压缩 （compaction）操作。NameNode维护物理数据块的元数据信 息。
Redis
Redis是著名的内存KV数据库，在工业界获得了广泛使用其不仅支持基本数据类型，也支持列表、集合等复杂数 据结构，所以有较强的表达能力，同时有非常高的单机读/写效率：
Redis
系统中唯一的Master负责数据的读/写操作，可以有多个Slave来保存数据副本， 副本数据只能读不能做数据更 新操作。当Slave初次启动时，从Master获取数据，在数据复制过程中，Master是非阻塞的，即同时可以支持读/写 操作。Master采用快照加增量的异步方式完成数据复制过程，首先在时刻T将内存数据写入本地快照文件，同时在内 存记录从T时刻起新增的数据操作. 当快照文件生成结束后，Master将文件传给Slave, Slave先保存为本地文件，然后 将其加载入内存。之后，Master将T时刻后的数据变更操作以命令流的形式传给Slave, Slave顺序执行命令流，这样 就达到数据和Master保持同步。

6.2 分布式文件系统_对话云计算_[共6页]

6.2 分布式文件系统_对话云计算_[共6页]

第6章 团结就是力量——漫游分布式世界术中的P2P计算、网格计算、并行计算、分布式计算和云计算都可以纳入分布式应用的范畴。

：分布式系统与云计算有什么关系？：有一个很有趣的现象，网格计算的研究是学术界热而企业界不热，云计算的研究则是学术界不热而企业界热，因此很有必要仔细研究一下各企业推出的成功的云计算产品。

细数一下这些产品，包括了Google公司的GFS、Bigtable、MapReduce，Amazon公司的Dynamo，Hadoop开源项目的HDFS、HBase、MapReduce等。

对照图6-1，就可以发现它们都属于分布式系统的范畴，其中GFS、HDFS算是分布式文件系统，Bigtable、Dynamo和HBase算是分布式数据库，MapReduce则归于分布式计算。

因此，本章我们就围绕分布式文件系统、分布式数据库和分布式计算三个方面来剖析这些云计算中的关键技术。

6.2 分布式文件系统：分布式文件系统是如何发展起来的呢？：从20世纪70年代诞生至今，大致上可以将分布式文件系统的发展历程划分为四个阶段。

1990年之前的分布式文件系统主要以提供标准接口的远程文件访问为目的，比较关注系统性能和可靠性。

这一阶段的典型代表包括Sun公司研制的NFS（Network File System）和美国卡内基梅隆大学开发的AFS（Andrew File System）。

1990年到1995年期间，互联网逐步得到推广应用，网络中传输实时多媒体数据的需求和应用也逐渐流行，这一阶段出现了不少为了实现上述需求而开发设计的分布式文件系统，例如加利福尼亚大学研制的xFS（x File System）和IBM公司针对AIX操作系统开发的TigerShark。

1995年到2000年期间，网络技术和存储技术持续发展，NAS和SAN等新的存储技术开始得到大量应用，与之相应的分布式文件系统也应运而生，例如美国明尼苏达大学研制的GFS（Global File System）和IBM公司在TigerSpark基础上开发的GPFS（General Parallel File System）。

分布式系统第二章PPT

分布式系统第二章PPT


节点的加入


节点的删除


可自行离开，无需通知其他节点。 当其他节点发现某节点P不再响应时，将其从表中删除
计算机软件所 于戈
2011-9-14
17
P2P网络的拓扑结构

主动线程和被动线程的执行步骤
do forever do forever wait(T time units) receive bufferp from p p←view.selectPeer() if pull then if push then // 0 is the initial age // 0 is the initial age buffer← buffer← ((MyAddress,0)) ((MyAddress,0)) view.permute() view.permute() move oldest H items to end of view move oldest H items to buffer.append(view.head(c/2-1)) end of view send buffer to p else // empty view to trigger response buffer.append(view.head(c/2send (null) to p 1)) if pull then send buffer to p receive bufferp from p view.select(c,H,S,bufferp) view.select(c,H,S,bufferp) view.increaseAge() view.increaseAge() （b） （ a ） 计算机软件所 于戈 2011-9-14
• 例：Globule差分复制策略

第五章 分布式文件系统

第五章 分布式文件系统

文件服务器1 文件服务器
文件服务器2 文件服务器
5.1 分布式文件系统设计
5.1.2 目录服务器接口
问题1 问题 ： 所有客户（和其他机器） 所有客户 （ 和其他机器 ） 具有相同的分布式文件系统视图的 情况： 在一台机器上有效， 情况：即如果路径 /D/E/x 在一台机器上有效，则在所有机器 上都有效。 上都有效。 Root A B C E D F B A C E Root D F
第5章 分布式文件系统
分布式文件系统设计 分布式文件系统的实现 分布式文件系统的发展趋势
分布式文件系统
文件服务与文件服务器
文件服务 文件系统提供给客户内容的详细说明。它描述了可用的原语、 文件系统提供给客户内容的详细说明。它描述了可用的原语、 原语所需要的参数和执行的动作。 原语所需要的参数和执行的动作。文件服务说明了文件系统对 客户的接口。 客户的接口。 文件服务器 文件服务器是运行在某台机器上的一个有助于实现文件服务的 进程。一个系统可以有一个或多个文件服务器， 进程。一个系统可以有一个或多个文件服务器，每台文件服务 器提供不同的功能。 器提供不同的功能。
5.1 分布式文件系统设计
5.1.2 目录服务器接口
问题2： 问题 ： 是否存在一个全局根目录，所有的机器都认为其为根。 是否存在一个全局根目录，所有的机器都认为其为根。 设置全局根目录的方法是使这个根只包含每个服务器的一个 入口。 入口。 路径的形式为： 服务器/ 路径的形式为：/服务器/路径
5.1 分布式文件系统设计
5.1.2 目录服务器接口
命名透明性 位置透明性：指路径名并不能对文件（或其他对象） 位置透明性 ： 指路径名并不能对文件 （ 或其他对象 ） 存储位 置给出任何提示。 置给出任何提示。 说明x位于服务器 位于服务器1上 如路径 /server1/dir1/dir2/x 说明 位于服务器 上，但是并没有 说明服务器1的位置 的位置。 说明服务器 的位置。服务器在网络中可以自由的移动而无需 改变路径名。 改变路径名。 如果文件x非常大而且服务器 上的空间又很紧张。 非常大而且服务器1上的空间又很紧张 如果文件 非常大而且服务器 上的空间又很紧张 。 需要将文 移动到服务器2上 系统不能够自动的移动。 件x移动到服务器 上。系统不能够自动的移动。 移动到服务器 /server1/dir1/dir2/x /server2/dir1/dir2/x ？

经典分布式文件系统全介绍 PPT课件

经典分布式文件系统全介绍 PPT课件

HDFS提出了“移动计算能力比移动数据更 廉价” 的设计理念，它将计算迁移到距离 数据更近的位置，而不是将数据移动到应 用程序运行的位置，HDFS提供了这种迁移 应用程序的API接口；
4/5/2020
13
目录
分布式文件系统概念和原理 经典分布式文件系统介绍 经典分布式文件系统比较
4/5/2020
14
经典分布式文件系统一：Lustre
Lustre文件系统是一个基于对象存储的分布式 文件系统，也是一个开源项目。
Lustre项目与1999年在Carnegie Mellon University启动，现在已经发展成为应用最广 泛的分布式文件系统。
存在副本；当管理元数据的主服务器宕机时，备
用的"影子"服务器则切换过来，但它只能提供读
取操作，不支持修改、写入操作。为了增加数据
可恢复性，GoogleFs采用了操作日志和快照技术。
4/5/2020
28
经典分布式文件系统三：HDFS
Hadoop是一个基于JAVA的支持数据密集型分 布式应用的分布式文件系统。不仅仅是一个用于
HDFS组件二
数据节点 DataNode负责管理存储结点上的存储空间 和来自客户的读写请求。 DataNode也执行块创建、删除和来自 NameNode的复制命令。
4/5/2020
33
HDFS特有策略一
高度容错的，可运行在廉价硬件上；
HDFS能为应用程序提供高吞吐率的数据访 问，适用于大数据集的应用中；
4/5/2020
16
Lustre集群架构
4/5/2020
17
Lustre功能模块一
元数据存储与管理
MDS负责管理元数据，提供一个全局的命 名空间，Client可以通过MDS读取到保存 于MDT之上的元数据。在Lustre中MDS可 以有2个，采用了Active-Standby的容错机 制，当其中一个MDS不能正常工作时，另 外一个后备MDS可以启动服务。MDT只能 有1个，不同MDS之间共享访问同一个 MDT。

5、分布式文件系统(RPC原理)- 学习课件

5、分布式文件系统(RPC原理)- 学习课件

Hadoop中RPC--总体架构
Hadoop中RPC—使用方法
interface ClientProtocol extends org.apache.hadoop.ipc.VersionedProtocol { // 版本号，默认情况下，不同版本号的RPC Client 和Server 之间不能相互通信 public static final long versionID = 1L; String echo(String value) throws IOException; int add(int v1, int v2) throws IOException; }
课程目录
Course catalogue
1 RPC原理 2 Java远程方法调用 3 Java动态代理 4 Hadoop中的RPC
Java动态代理
Java动态代理架构
代理对象往往实现和目标对象一致的接口，并作为目 标对象的代替，接收对象用户（Client）的调用，并将全 部或部分调用转发给目标对象，如下图所示。在这个过程 中，实现代理接口和调用转发，是代理对象必须完成的两 个重要任务，缺一不可。
1.
public static void main(String[] args){
2.
try {
3.
//创建RMIQueryStatusImpl对象
4.
RMIQueryStatusImpl queryService=new RMIQueryStatusImpl();
5.
Hale Waihona Puke LocateRegistry.createRegistry(12090);
6.
RMIQueryStatus status=query.getFileStatus(“/tmp/testRMI”);

7第七章--分布式文件系统

7第七章--分布式文件系统
▪ Creat() ▪ Truncate(File, l) ▪ Delete(File) ▪ GetAttributes(File) ▪ SetAttributes(File, Attr)
8
7.5 文件系统的实现技术
❖文件组结构
▪ 文件组的作用
• 安装在服务器计算机上文件的集合 • 通过多个文件组结构可以在多个服务器上
❖分布式文件系统的要求 ▪ 允许用户程序直接存取远程文件二不 需要将它们拷贝到本地站点。 ▪ 要求很高，支持以下透明性：
• 存取透明性 • 位置透明性 • 并发存取透明性 • 故障透明性 • 性能透明性 • 复制透明性 • 迁移透明性
5
7.2 分布式文件系统的组成
❖分布式文件系统包含三个组件
▪ 展开文件服务
▪ 组定位 ▪ 文件访问
11
7.5 文件系统的实现技术
❖分布式文件系统的系统结构
▪ 客户机和服务器：实际系统中客户机和服务 器没有区别，任何机器都可以为其他机器提 供文件服务。具体实现上客户和服务器往往 是不同的。 • 文件和目录服务结构一样：既处理目录也 处理文件 • 分开：可以提高系统的灵活性，但是如果 有多个目录服务器，则要参与多次路径名 查找，开销大 • 文件、目录、其他服务器是否要维持客户 的状态信息。 • 服务器没有状态的，服务器在客户请求之 间维持它们的状态信息。
实现文件的分布
▪ 空间漏洞
• 当事件的序列发生在对系统永久性不可存 取的存储空间时，产生空间漏洞。
• 原因：文件和目录的分离所造成的缺陷
9
7.5 文件系统的实现技术
❖权限和存取控制
▪ 权限在分布式系统中用于防止资源遭 受非授权的存取。权限是一种数字密 钥，是一个较大整数以防止被伪造。

9、分布式文件系统(HDFS应用)- 学习课件

9、分布式文件系统(HDFS应用)- 学习课件

Usage: hadoop [--config confdir] COMMAND where COMMAND is one of:
fs
run a generic filesystem user client
version
print the version
jar <jar>
run a jar file
Oracle·WDPe·WDP
分布式文件系统（ HDFS应用1 ）
Oracle 高校大数据课程系列
本课目标
理解HDFS框架 掌握HDFS命令行操作 掌握HDFS API操作
课程目录
Course catalogue
1 HDFS框架 2 HDFS命令行操作 3 HDFS API操作
HDFS框架
HDFS框架：
• SecondaryNameNode：是一个小弟，分担大哥 namenode的工作量；是 NameNode的冷备份；合并 fsimage和fsedits然后再发给 namenode。
• DataNode： Slave节点，奴隶，干活的。负责存储 client发来的数据块 block；执行数据块的读写操作。
hadoop fs –ls /experiment/datas hadoop fs –put /home/admin/experiment/datas/test.txt /experiment/datas hadoop fs –ls /experiment/datas
get
1. hadoop fs –get <hdfs file><local file or dir> 复制文件到本地文件系统。
op archive
classpath prints the class path needed to get the

云计算——分布式存储PPT课件

云计算——分布式存储PPT课件

2019/9/19
20
5.2 文件存储
5.2.1 单机文件系统 5.2.2 网络文件系统 5.2.3 并行文件系统 5.2.4 分布式文件系统 5.2.5 高通量文件系统
2019/9/19
21
5.2.1 单机文件系统
• 现代文件系统的起源要追溯到分时操作系统时期。1965年，在 Multics操作系统中首次提出使用树型结构来组织文件、目录以及访问 控制的思想。这些思想被后来的UNIX文件系统（1973年）所借鉴。 从结构上看，它包括四个模块：引导块、超级块、索引节点和数据块。
• 正因为数据类型的多样性，不同的分布式存储系统适合处理不同类 型的数据，因此可以将分布式存储系统分为四类： 1. 分布式文件系统 2. 分布式键值（Key-Value）系统 3. 分布式表系统 4. 分布式数据库
2019/9/19
5
1. 分布式文件系统
• 分布式文件系统存储三种类型的数据：Blob对象、定长块以及大文件。
2019/9/19
Machine Learning
Data engineering
2
5.1 分布式存储的基础
5.1.1 基本概念 5.1.2 分布式存储分类 5.1.3 分布式存储的发展历史
2019/9/19
3
5.1.1 基本概念
• 分布式存储系统的定义：分布式存储系统是将为数众多的普通 计算机或服务器通过网络进行连接，同时对外提供一个整体的 存储服务。
• 随着云计算技术的发展，数据中心的数据存储需求逐渐成为数据存储 技术和文件系统发展的主要驱动力，高通量文件系统将成为一种重要 的文据访问方面有着与先前的应用非常不同 的需求特征，主要包括：数据量庞大、访问的并发度高、文件数量巨 大、数据访问语义和访问接口不同于传统的文件系统、数据共享与数 据安全的保障越来越重要等。

大数据技术原理与应用精品PPT课件

大数据技术原理与应用精品PPT课件
•FsImage文件没有记录块存储在哪个数据节点，而是由名 称节点把这些映射保留在内存中。当数据节点加入HDFS 集群时，数据节点会把自己所包含的块列表告知给名称节 点，此后会定期执行这种告知操作，以确保名称节点的块 映射是最新的。
3.3.2名称节点和数据节点
EditLog文件 •因为FsImage文件一般都很大（GB级别的很常见），如 果所有的更新操作都往FsImage文件中添加，这样会导致 系统运行的十分缓慢。因此，通常先往EditLog文件里面写。 由于EditLog 要小很多，因此就不会这样。每次执行写操 作之后，且在向客户端发送成功代码之前， EditLog文件 都需要同步更新。
群，具有很好的可伸缩性
●安全 含义：保障系统的安全性 HDFS实现情况：安全性较弱
3.2 HDFS简介
总体而言，HDFS要实现以下目标： ●容错 ●流式数据读写 ●能存储大数据集 ●强大的跨平台兼容性
HDFS在实现上述优良特性的同时，也使得自身具有一些应用局限性，主 ●不支持多用户写入及任意修改文件
●并发控制 含义：客户端对于文件的读写不应该影响其他客户端
对同一个文件的读写 HDFS实现情况：机制非常简单，任何时间都只允许有
一个程序在写入某个文件
3.1.3分布式文件系统的设计需求
●文件复制（容错机制） 含义：一个文件可以拥有在不同位置的多个副本 HDFS实现情况：HDFS采用了多副本机制
●硬件和操作系统的异构性（可伸缩性） 含义：可以在不同的操作系统和计算机上实现同
•名称节点起来之后，HDFS中的更新操作会重新写到 EditLog文件中。
3.3.2名称节点和数据节点
名称节点的启动
•在名称节点启动的时候，它会将FsImage文件中的内容 加载到内存中，之后再执行EditLog文件中的各项操作， 使得内存中的元数据和实际的同步，存在内存中的元数 据支持客户端的读操作。

10-分布式文件系统

10-分布式文件系统





其他方面

线程

Vice和Venus中的多线程

只读复制 批量传输

AFS以64KB的文件块进行传输以减小延迟

部分文件缓存 UNIX内核修改 位置数据库
其他方面（续）



每个单元是一个完全自治的环境 一个机器每次只能属于一个单元 用户可以属于一个单元以存在账户的意 义来说，但是机器可以属于（存在账户） 多个单元 /usr/vice/etc/CellDB /usr/afs/etc/CellDB
透明性需要采取什么措施？ 保持性能需要采取什么措施？ 系统容错需要采取什么措施？ 并发操作需要采取什么措施？
分布式文件系统


简介 文件服务体系结构 SUN网络文件系统 Andrew文件系统 最新进展 小结
文件服务的三个组件


文件服务体系结构 平面文件服务

对文件内容进行操作 唯一的文件标识（UFID）


不同的系统容错理由

除了create，其它所有的操作都是幂等的

无状态服务器

如在文件上进行操作不需要指针 崩溃后无恢复重启
平面文件服务操作
DFS的访问控制

Unix文件系统来自当用户进行open调用的时候系统将会核对其 访问权限 DFS的接口是对大众公开的 文件服务器不能保留用户ID 实施访问控制的两个方法
分布式文件系统

简介 文件服务体系结构 SUN网络文件系统 Andrew文件系统 最新进展 小结
简介

文件系统

持久存储

分布式文件系统
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蓝鲸分布式文件系统采用针对元数据的分布式 日志，保证系统元数据的一致性，缩短系统灾 难恢复的时间。
蓝鲸分布式文件系统支持数百个应用节点，多 个元数据服务器和网络存储服务器。 采集自系统中各个节点有关系统运行的实时信 息，为系统故障分析和性能调整提供了依据。
[1] 吴思宁，贺劲，熊劲，孟丹, DCFS 机群文件系统服务器组的设计与实现, 2002 全国开放式分布与并行计算学术会（DPCS2002），2002. [2] 张晓春，刘弓，浅谈分布式文件系统关键技术，青岛大学学报 ，2005. [3] DFS.distribured filesysytem . /data-recovery/
3 DFS 映射为用户提 供了对他们所需网络 资源的统一和透明的 访问。
4 对于系统管理员， DFS 映射是单个 DNS 名称空间：具有域 DFS，DFS 根目录目 标的 DNS 名称将解析 为 DFS 根目录的主机 服务器。
1 除了授予必要的权限之外，分布式文件系统 (DFS) 服务 不实施任何超出 Windows Server 2003 家族系统所提供的其 他安全措施。
1995---2000
•Global File System（GFS）吸取了对称多处理器（SMP）系统设计和实现的原理， 将系统中的每一个客户机类比于SMP中的一个处理器。客户机间没有任何区别， 可以平等地访问系统中的所有存储设备，就像处理器可以机会均等地访问主存一 样。这样的设计可以更好地利用系统中的资源，消除单个服务器带来的性能瓶颈 和单点失效问题。客户端之间无需通信，因此可以很好地消除客户机失效带来的 威胁。GFS采用特殊设计的DLOCK锁机制，同步多个客户机对同一设备的访问， 具有很高的效率。
吸取了很多其他本地文件系统和分布式文件系统的高级特性， 克服了在某些分布式文件系统中存在的瓶颈，使其能够真正 满足海量数据并发访问的需求。
BWFS 为机群环境中的应用节点提供单一映象 的文件系统接口。
蓝鲸分布式文件系统采用Lazy-Binding等技术来 提供多个元数据服务器机群之间的负载平衡， 尽量发挥每一个元数据服务器的最大性能。
成都理工大学 张雷 2010年12月26日
1.分布式文件系统简介
2.分布式文件系统的历史和现状
3.分布式文件系统的体系结构 4.分布式文件系统的关键技术
5.分布式文件系统的有关技术展望
1 分布式文件系统定义 2 分布式文件系统特性 3 分布式文件系统映射 4 分布式文件系统安全
分布式文件系统： 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。分布式文 件系统的设计是基 于客户机/服务器 模式。
存储服务器主要采用了多线程和缓存技术。
DCFS 整个名字空间根据目录关系划分成多个子空间，分 配到不同的元数据服务器管理，取得较好的性能、扩展 性和可用性。
数据访问方式
• 带内模式和带外模式
系统服务器的方式
• 一种是专用服务器结构（Dedicated Server），另外一种是无服务器结 构（Serverless）。
•基于虚拟共享磁盘Petal的Frangipani分布式文件系统，采用了一种新颖的系统结 构—分层次的存储系统。Petal提供一个可以全局统一访问的磁盘空间。Frangipani 基于Petal的特性提供文件系统的服务。这种分层结构使两者的设计实现都得到了 简化。
•Slice File System（SFS）考虑标准的NFS在容量、性能方面存在的限制，采用在客 户机和服务器之间架设一个μproxy中间转发器，以提高性能和可扩展性。它将客 户端的访问分为小文件、元数据服务、大文件数据三类请求。通过μproxy将前两 种请求转发到不同的文件服务器上，将后者直接发送到存储服务器上。这样SFS 系统就可以支持多个存储服务器，提高整个系统的容量和性能。μproxy根据请求 内容的转发是静态的，对于整个系统中负载的变化难以做出及时反应。
此外，文件系统的快照和备份技术、热点文件处理技术、元数据集 群的负载平衡技术、分布式文件系统的日志技术等，都是目前分布 式文件系统中需要解决的技术难点。
各种计算机技术在不断地发展，应用也在不断地发展，促使分布式文 件系统也需要不断发展。以下一些技术和方向将对未来分布式文件系统 的设计产生较大影响。
数据库技术
网络技术
虚拟存储技术
智能存储设备
BWFS 采用基于IP 的网络环境，多个存储设备形成一个共享 的虚拟存储池，提供大容量、可扩展的存储空间。
同时，存储设备具有很好的I/O 处理性能，通过千兆以太网 （Gigabit Ethernet）提供外界访问。
有很高的传输速度和相对较低的成本，具有很好的性价比。
[7] /u/1222060247.2010. [8] /zh-cn/library/cc787741(WS.10).aspx.
分布式文件系统架构图
1 分布式文件系统 (DFS) 映射包括 DFS 根目录、一个或多个 DFS 链路和对一个或 多个目标的参考。 DFS 根目录所驻留的 域服务器称为主服务 器。
2 通过在域中的其他 服务器上创建“根目 录目标”，可以复制 DFS 根目录。这将确 保在主服务器不可用 时，文件仍可使用。
2000年以后

随着SAN和NAS两种结构逐渐成熟，研究人员开 始考虑如何将两种结构结合起来。网格的研究 成果等也推动了分布式文件系统体系结构的发 展。主要代表有：
StorageTank
Lustre
PaS 系统结构图

中科院计算所研究的“曙光”系列机群服务器上的分布式文件系统 COSMOS和DCFS主要采用的技术为： DCFS 机群文件系统中的元数据服务器采用二级的树状结 构、文件属性缓存、集中式目录缓存管理等技术
文件与系统服务器的映射
• 文件到其相关的系统服务器的映射可分为两种：单一映射和多维映 射。
有状态和无状态
• 在分布式文件系统中，根据打开文件的状态由谁记录可以分为有状 态的（stateful）分布式文件系统和无状态的（stateless）分布式文件 系统。
全局名字空 间
可扩展性
缓存一致性
可用性
安全性
post/dfs.htm.2009.
[4]Lustre.http://www.lustreorg.2009. [5]KFs.kosmos.dfs.http///2009.
[6] http://202.120.46.28/bencandy.php.2010.
2 目标的权限与 DFS 拓扑无关。
3 当用户尝试访问某个目标和它的内容时，底层文件系统 将强制安全。
1980--1990
早期的分布式文件 系统一般以提供标 准接口的远程文件 访问为目的，更多 地关注访问的性能 和数据的可靠性。 以NFS 和AFS为代 表. Sprite File System也是早期比 较有特色的分布式 文件系统。
•Tiger Shark并行文件系统是针对大规模实时多媒体应用设计的。它采用了多种技 术策略保证多媒体传输的实时性和稳定性：采用资源预留和优化的调度手段，保 证数据实时访问性能；通过加大文件系统数据块的大小，最大限度地发挥磁盘的 传输效率；通过将大文件分片存储在多个存储设备中，取得尽量大的并行吞吐率； 通过复制文件系统元数据和文件数据，克服单点故障，提高系统可用性。
GFS
GPFS
•GPFS在系统设计中采用了多项先进技术。它是一个共享磁盘（Shared-disk） 的分布式并行文件系统，客户端采用基于光纤通道或者iSCSI与存储设备相 连，也可以通过通用网络相连。GPFS的磁盘数据结构可以支持大容量的文 件系统和大文件，通过采用分片存储、较大的文件系统块、数据预读等方法 获得了较高的数据吞吐率；采用扩展哈希（Extensible Hashing）技术支持含 有大量文件和子目录的大目录，提高文件的查找和检索效率。GPFS采用分 布式锁解决系统中的并发访问和数据同步问题：字节范围的锁用于用户数据 的同步，动态选择元数据节点（Metanode）进行元数据的集中管理；分布式 锁管理整个系统的空间分配等。GPFS采用日志技术对系统进行在线灾难恢 复。每个节点都有各自独立的日志，且单个节点失效时，系统中的其他节点 可以代替失效节点检查文件系统日志，进行元数据恢复操作。
系 统 架 构
NFS 系 统 架 构 AFS
1990----1995
xFS Tiger Shark Frangipani SFS
•加利福尼亚大学设计开发的xFS，克服了以前的分布式文件系统一般都运行在局 域网（LAN）上的弱点，很好地解决了在广域网上进行缓存，以减少网络流量的 难题。它所采用的多层次结构很好地利用了文件系统的局部访问的特性，无效写 回（Invalidation-based Write Back）缓存一致性协议，减少了网络负载。