跟着高功用核算由传统的主机方法向网络化集群演化，传统的根据主机的存储架构已逐步向网络化存储展开，核算和存储别离的趋势越来越显着。针对 SAN 和 NAS 的缺乏，国际上已展开针对 Linux 集群的新式文件体系DD目标存储文件体系的研讨，本文要点论说了存储目标文件体系的架构、技能特色，并针对Lustre 目标存储文件体系进行了开端测验，结果表明目标存储文件体系在可扩展性、功用、易用性等方面都有明显进步，跟着网络化存储技能的不断老练，目标存储文件体系将成为重要的展开方向。
一、导言
高功用核算已由传统的主机方法逐步向集群方法演化，如TOP500中，1998年只要2台体系是集群方法，而到2003年已有208台为集群体系。跟着高功用核算体系结构的展开变化，传统的根据主机的存储架构已成为新的瓶颈，不能满意集群体系的需求。集群的存储体系有必要有用处理两个首要问题：(1)供给同享拜访数据，便于集群使用程序的编写和存储的负载均衡;(2)供给高功用的存储，在I/O级和数据吞吐率方面能满意成百上千台规划的Linux集群服务器聚合拜访的需求。现在，网络化存储已成为处理集群体系高功用存储的有用技能途径。
国际上首要有两类网络化存储架构，它们是经过指令集来区别的。第一类是SAN(Storage Area Network)结构，它选用SCSI 块I/O的指令集，经过在磁盘或FC(Fiber Channel)级的数据拜访供给高功用的随机I/O和数据吞吐率，它具有高带宽、低推迟的优势，在高功用核算中占有一席之地，如SGI的CXFS文件体系便是根据SAN完结高功用文件存储的，可是因为SAN体系的价格较高，且可扩展性较差，已不能满意不计其数个CPU规划的体系。第二类是NAS(Network Attached Storage)结构，它选用NFS或CIFS指令集拜访数据，以文件为传输协议，经过TCP/IP完结网络化存储，可扩展性好、价格便宜、用户易办理，如现在在集群核算中使用较多的NFS文件体系，但因为NAS的协议开支高、带宽低、推迟大，不利于在高功用集群中使用。
针对Linux集群对存储体系高功用和数据同享的需求，国外已开端研讨全新的存储架构和新式文件体系，希望能有用结合SAN和NAS体系的长处，支撑直接拜访磁盘以进步功用，经过同享的文件和元数据以简化办理，现在目标存储文件体系已成为Linux集群体系高功用文件体系的研讨热门，如Cluster File Systems公司的Lustre、Panasas公司的ActiveScale文件体系等。Lustre文件体系选用根据目标存储技能，它来源于卡耐基梅隆大学的Coda项目研讨作业，2003年12月发布了Lustre 1.0版，估计在2005年将发布2.0版。Lustre在美国能源部(U.S.Department of Energy：DOE)、Lawrence Livermore 国家实验室，Los Alamos国家实验室，Sandia 国家实验室，Pacific Northwest国家实验室的高功用核算体系中已得到了开端的使用，IBM正在研发的Blue Gene体系也将选用Lustre文件体系完结其高功用存储。ActiveScale文件体系技能来源于卡耐基梅隆大学的Dr. Garth Gibson，最早是由DARPA支撑的NASD(Network Attached Secure Disks)项目，现在已是业界比较有影响力的目标存储文件体系，荣获了ComputerWorld 2004年立异技能奖。
二、目标存储文件体系
2.1 目标存储文件体系架构
目标存储文件体系的中心是将数据通路(数据读或写)和操控通路(元数据)别离，而且根据目标存储设备(Object-based Storage Device，OSD)构建存储体系，每个目标存储设备具有必定的智能，能够主动办理其上的数据散布，目标存储文件体系一般有以下几部分组成。
1、目标
目标是体系中数据存储的根本单位，一个目标实际上便是文件的数据和一组特点的组合，这些特点能够界说根据文件的RAID参数、数据散布和服务质量等，而传统的存储体系顶用文件或块作为根本的存储单位，在块存储体系中还需要一直追寻体系中每个块的特点，目标经过与存储体系通讯保护自己的特点。在存储设备中，一切目标都有一个目标标识，经过目标标识OSD指令拜访该目标。一般有多种类型的目标，存储设备上的根目标标识存储设备和该设备的各种特点，组目标是存储设备上同享资源办理战略的目标调集等。
2、目标存储设备
目标存储设备具有必定的智能，它有自己的CPU、内存、网络和磁盘体系，现在国际上一般选用刀片式结构完结目标存储设备。OSD供给三个首要功用：
(1) 数据存储。OSD办理目标数据，并将它们放置在规范的磁盘体系上，OSD不供给块接口拜访方法，Client恳求数据时用目标ID、偏移进行数据读写。
(2) 智能散布。OSD用其本身的CPU和内存优化数据散布，并支撑数据的预取。因为OSD能够智能地支撑目标的预取，然后能够优化磁盘的功用。
(3) 每个目标元数据的办理。OSD办理存储在其上目标的元数据，该元数据与传统的inode元数据类似，一般包含目标的数据块和目标的长度。而在传统的NAS体系中，这些元数据是由文件服务器保护的，目标存储架构将体系中首要的元数据办理作业由OSD来完结，降低了Client的开支。
3、元数据服务器(Metadata Server，MDS)
MDS操控Client与OSD目标的交互，首要供给以下几个功用：
(1) 目标存储拜访。MDS结构、办理描绘每个文件散布的视图，答应Client直接拜访目标。MDS为Client供给拜访该文件所含目标的才能，OSD在接收到每个恳求时将先验证该才能，然后才能够拜访。
(2) 文件和目录拜访办理。MDS在存储体系上构建一个文件结构，包含限额操控、目录和文件的创建和删去、拜访操控等。
(3) Client Cache共同性。为了进步Client功用，在目标存储文件体系设计时一般支撑Client方的Cache。因为引进Client方的Cache，带来了Cache共同性问题，MDS支撑根据Client的文件Cache，当Cache的文件产生改动时，将告诉Client改写Cache，然后防止Cache不共同引发的问题。
4、目标存储文件体系的Client
为了有用支撑Client支撑拜访OSD上的目标，需要在核算结点完结目标存储文件体系的Client，一般供给POSIX文件体系接口，答应使用程序像履行规范的文件体系操作相同。
2.2 目标存储文件体系的关键技能
1、散布元数据传统的存储结构元数据服务器一般供给两个首要功用。(1)为核算结点供给一个存储数据的逻辑视图(Virtual File System，VFS层)，文件名列表及目录结构。(2)安排物理存储介质的数据散布(inode层)。目标存储结构将存储数据的逻辑视图与物理视图分隔，并将负载散布，防止元数据服务器引起的瓶颈(如NAS体系)。元数据的VFS部分一般是元数据服务器的10%的负载，剩余的90%作业(inode部分)是在存储介质块的数据物理散布上完结的。在目标存储结构，inode作业散布到每个智能化的OSD，每个OSD担任办理数据散布和检索，这样90%的元数据办理作业散布到智能的存储设备，然后进步了体系元数据办理的功用。别的，散布的元数据办理，在添加更多的OSD到体系中时，能够一起添加元数据的功用和体系存储容量。
