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1lustre文件系統

Lustre文件系統是ClusterFileSystems公司開發的基于對象的網絡存儲文件系統，它所關注的焦點是集群文件系統的性能（performance）和可伸縮性（scalability）[6]。Lustre將系統中的節點按功能劃分為3種：Client、OST(objectstoragetargets)和MDS(meta-dataservice（)如圖1）。物理上任一節點都可充當其中一種或多種角色，如一個節點既可以是Client又可以是OST。Lustre設計采用客戶／服務器模式，即將Client的一次I／O請求分散到多個OST，各OST節點上的服務進程并行訪問本地磁盤后，再將數據返回。所有并行文件的管理由MDS節點承擔。Lustre是公開源碼的文件系統，遵循GNU的GPL協議，它具有以下優勢：1）分布式元數據。NAS文件系統使用單一的或者集中的文件服務器作為元數據管理器，而一些SAN文件系統采用的是集中的鎖管理器，這些方式都會使元數據的管理成為一個瓶頸問題。Lustre文件系統沒有其他存儲系統的元數據管理器瓶頸問題，它可以將MDS分離出來，將90%左右的元數據管理工作交給OST完成，并且該文件系統可以支持多個OST。在Lustre1.4.2以前，最多可以支持200個OST；Lustre1.4.2就已經可以支持512個OST。良好的元數據管理手段，也使得系統的性能得到了很大的提升。2）智能化。因為將傳統文件系統中的存儲管理組件下放到OST中，使得OST具有了強大的管理功能，可以簡化系統存儲管理的任務和數據優化分布的任務。新增的存儲容量可以自動合并到存儲系統中，將負載分布到多個智能的OST中，并用網絡和軟件將它們有機結合起來，消除了不可擴展問題。如果Lustre文件系統沒有足夠的存儲處理能力，可以增加OST，確保線性增加性能。3）并行數據訪問。每個用戶通過專門的對象協議與元數據服務器和OSS進行通信，從而讀取Lustre中的文件，并允許從多個OST中進行并行讀寫，極大地提高了單個節點用戶的吞吐率，同時用戶訪問文件系統中的數據也相當于處理本地磁盤中的數據一樣方便。從整體上來說，單個Lustre文件系統支持的用戶數量已有數千個。4）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。基于對象存儲的Lustre文件系統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。

2分布式地理環境的構成方式

虛擬地理環境中主要包含了地形數據和紋理數據等。這些數據是所有其他內容進行顯示、交互、操作的基礎。當需要展示的地形環境范圍較大時，這部分基礎數據將占據很大一部分物理存儲空間。現今，對地形、紋理的現勢性要求越來越高，將這部分數據進行分布式存儲，就顯得十分必要。根據分布式虛擬地理環境的功能需求，將其主要劃分為如圖2所示的4個模塊。1）總體控制模塊。分布式地理環境可以根據實際應用情況，調度數據的存儲、顯示以及其他一些功能，保證分布在不同位置的服務端與客戶端能夠協調一致。一旦出現不一致或其他意外情況，也可以由這一模塊進行處理。2）數據存儲模塊。該部分主要應用Lustre文件系統對各種數據文件進行存儲。通過采用該文件系統進行數據的存儲，可以充分利用網絡的開放性，以及Lustre文件系統的安全和高效性，極大地方便了對虛擬地理環境的管理和使用。3）數據顯示模塊。數據顯示模塊主要側重于為用戶提供虛擬地理環境的顯示、操作等功能，并可根據用戶的不同需求進行定制。4）其他功能模塊。根據用戶的不同需求，還可以設計其他額外的功能，如數據的分析、統計、查詢等。在該分布式地理環境中，Lustre文件系統主要完成分布式地理環境中數據存儲模塊的工作，并以該文件系統為基礎，負責所有地理數據的輸入輸出、數據調度管理、響應客戶端的訪問請求等。其工作原理主要是在數據存儲模塊中啟動一個數據響應服務，當客戶端的數據顯示模塊向元數據服務器提出數據請求時，元數據服務器在存儲服務器中查詢數據，并控制多臺存儲服務器同時向客戶端發送數據，完成數據請求。以該方式提供數據服務的主要優勢有以下2點：1）數據傳輸安全。數據的請求和發送都是通過元數據服務器控制完成實現的，使得數據發送和傳輸過程有一定的穩定性保障，當部分存儲服務器出現問題時，還可以通過元數據服務器控制啟動備份的存儲服務器來完成數據傳輸工作。2）工作效率高。元數據服務器只負責數據請求響應，而數據的發送是由多臺存儲服務器完成的，這樣可以保證高效率地完成多用戶的數據請求過程，而不影響數據發送進程，提高了工作效率。

3Lustre文件系統實驗環境

系統環境：3節點架構，1臺客戶端（CLS），2臺元數據服務器（MDS）（其中1臺作為備份），2臺對象存儲服務器（OSS），設置1臺作為總控制端（如圖3）操作系統：3臺機器操作系統統一（RedHatEnterpriseLinuxAS4UP2，2.6.9-22.EL），選擇完全安裝。安裝Lustre相關rpm包，本次測試安裝1.60版本，嚴格按照文件系統規定，依次安裝文件。模塊配置：編修grub.conf文件，啟動Lustre補丁內核。可以看到，客戶端已經掛載了Lustre文件系統，也可以同樣用OS服務器掛載。通過客戶端上掛載的文件系統創建一個文件夾，并在OSS服務器上掛載后也能看見相同的文件。這些操作都可以通過控制端統一完成。

4結語

本文分析了目前分布式地理環境發展的一些不足，通過總結Lustre文件系統的優勢，將該文件系統引入到分布式地理環境中。應用Lustre文件系統，不但可以在系統兼容性方面帶來更多便利，而且該文件系統本身所具備的備份機制和安全機制，也極大地提高了整個分布式地理環境數據存儲和數據服務的穩定性。另外，Lustre文件系統以開源的Linux操作系統為平臺開發，主要以網絡應用為基礎，在未來也必將有更加廣泛的應用前景。從某種角度上看，Lustre在技術發展上也存在著一些不足，主要體現在對Windows平臺的兼容性方面。Lustre文件系統從誕生開始就只應用在Linux平臺上，而目前的廣大用戶還是以Windows操作系統為主，因此將已開發的軟件平臺進行整合還存在一定的難度。但由于Linux無論在高性能計算還是在通用事務處理領域的發展都有明顯的上升趨勢，在未來的應用中，Lustre文件系統仍然有很好的發展前景。

作者：宋龍 李延杰 韓錦寧 單位：65014部隊 61206部隊