CN102024022B - 一种分布式文件系统复制元数据的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种分布式文件系统复制元数据的方法。多个元数据副本排定次序，按照次序充当主副本；充当主副本的元数据副本承担写操作，并生成日志记录；主副本生成的日志写给从副本保存，保存该日志的从副本达到一定数目后，保存操作成功；从副本的日志记录集中应用到本地数据；如果主副本失效，第一从副本更新本地数据，转换为主副本，标记陈旧数据后对外提供服务；如果从副本失效，主副本记录所有发往从副本日志的信息，当从副本重新可用时，发往从副本，从副本写回日志后即完成更新。本发明通过将主副本的日志进行成批传送到从副本，缩短了元数据操作的关键路径，并提高了应用效率；从副本在主节点失效后更新本地数据并承担主副本角色，标记陈旧数据后即可对外提供服务，缩短了切换时间。

Description

一种分布式文件系统复制元数据的方法
技术领域
本发明涉及计算机存储系统技术领域，具体涉及一种分布式文件系统复制元数据的方法。
背景技术
文件元数据是计算机操作系统的核心数据，关系着存储系统的可靠性。一般文件系统提供fsck等工具来检查并修复文件系统的一致性。这一过程的持续时间和文件系统的规模成比例，因此大型文件系统需要很长的修复时间。有些文件系统(如专门为Linux开发的Ext3/4)依靠日志技术极大地缩短了恢复时间。然而，这些文件系统只是解决了本地磁盘的文件元数据一致性问题。在大规模的分布式系统下，如多达成百上千个节点的分布式环境下，在这种情况下，为了提高系统的可靠性，要使用专用的存储系统如分布式文件系统来管理文件元数据，并复制元数据形成副本来完成数据的冗余。传统的文件系统只能保证一个节点发生崩溃时，该节点的元数据的一致性，不能保证该节点和其他节点上的副本之间的一致性。因此，无法满足整个系统的文件元数据一致性的需求。在这种背景下，该专利技术提出了基于日志的复制技术，有效的保证了多副本下文件元数据的一致性。
发明内容
本发明目的是解决分布式系统下，如何有效的保证多副本的情况下元数据的一致性。
一种分布式文件系统复制元数据的方法，包含以下步骤：
A、多个元数据副本排定次序，按照次序充当主副本；
B、充当主副本的元数据副本承担写操作，并生成日志记录；
C、主副本生成的日志写给从副本保存，保存该日志的从副本达到一定数目后，保存操作成功；
D、从副本的日志记录集中应用到本地数据；
E、如果主副本失效，第一从副本更新本地数据，转换为主副本，标记陈旧数据后对外提供服务；如果从副本失效，主副本记录所有发往从副本日志的信息，当从副本重新可用时，发往从副本，从副本写回日志后即完成更新。
本发明的一种优选技术方案在于：所述步骤C中主副本日志写给从副本采用两阶段协议，所述两阶段协议是主从副本节点之间进行同步的一个通讯协议，当主副本准备进行写回日志时，要询问从副本是否写回，这称之为预提交阶段；当其他节点可用了，再进入第二阶段，即写回本地日志，并写回其他从副本。
本发明通过将主副本的日志进行成批传送到从副本，缩短了元数据操作的关键路径，并提高了应用效率；从副本在主节点失效后更新本地数据并承担主副本角色，标记陈旧数据后即可对外提供服务，缩短了切换时间。
附图说明
图1整个元数据服务器的框架图；
图2加入2PC(两阶段协议)的元数据服务流程；
图3从副本发生操作系统崩溃时，元数据的修复流程；
图4主副本发生操作系统崩溃时，元数据的修复流程；
图5从副本发生设备故障时，元数据的修复流程；
图6主副本发生设备故障时，元数据的修复流程。
具体实施方案
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。在分布式文件系统的元数据服务模块中，采用元数据复制方法的存储系统会采用多个副本，每个副本均位于不同的节点上，图1是三副本的情况，系统按照编号，会指定第一从副本和第二从副本。在系统正常的服务状态时，只有主副本提供元数据服务，其他的两个副本只做数据的备份。当系统的主副本节点发生崩溃时，会分别让第一从副本和第二从副本来接管元数据服务。为了提高系统的可靠性，在原有的文件服务系统中，增加了日志模块提高本地的逻辑文件系统的可靠性。本专利在原有的分布式文件系统的元数据模块中，添加了2PC(两阶段)传输协议，该协议保证元数据请求时，主从副本日志的一致；提出了主从副本崩溃时，日志维护策略。从而使得采用节点间的元数据复制(即副本技术)成为可能。下面详细进行介绍。
2PC(两阶段协议)如图2是用于主从副本节点之间进行同步的一个通讯协议，当主副本准备进行写回日志时，要询问从副本是否写回，这称之为预提交阶段。当其他节点可用了，再进入第二阶段，即写回本地日志，并写回其他从副本，这样，主从副本节点上的日志在每个时刻均保证是一致的，由于日志系统可以保证元数据是一致的，所以最终主从副本上的元数据是一致的。
当系统发生故障，分为主副本崩溃和从副本崩溃。根据崩溃的原因，又可以分为是操作系统崩溃，还是设备故障(磁盘故障和日志设备故障)。下面分别进行阐述该发明如何进行元数据恢复。
1.从副本发生操作系统的崩溃
如图3，主副本要将所有应该发往从副本日志的信息记录。当该从副本重新可以服务时，再将日志发送。当该从副本重新可用时，主副本将日志信息再次发往重启的从副本。当该从副本将日志写回磁盘后，主从副本上的元数据一致。
2.主副本发生操作系统的崩溃
如图4，当主副本发生崩溃时，系统根据配置情况，选择第一从副本接管元数据请求。该从副本以后将以主副本的状态完成元数据服务。同时，要将所有的元数据请求，记录到日志中。当主副本发生崩主副本可用时，要进行日志回传，主副本的日志写回磁盘后，其元数据也即和从副本一致。从而，整个系统完成了元数据的一致。
3.从副本磁盘发生故障
如图5，磁盘发生故障时，其磁盘数据均不可信，使用日志也无法修复，因此需要将所有磁盘数据进行拷贝。
4.主副本磁盘发生故障
如图6，正如主副本节点操作系统故障，首先进行服务节点切换。然而，此时，由于数据不可信，必须使用磁盘拷贝才能完成元数据的修复。

Claims (1)

1.一种分布式文件系统复制元数据的方法，其特征在于：包含以下步骤：
A、多个元数据副本排定次序，按照次序充当主副本；
B、充当主副本的元数据副本承担写操作，并生成日志记录；
C、主副本生成的日志写给从副本保存，保存该日志的从副本达到一定数目后，保存操作成功；
D、从副本的日志记录集中应用到本地数据；
E、如果主副本失效，第一从副本更新本地数据，转换为主副本，标记陈旧数据后对外提供服务；如果由于操作系统崩溃导致的从副本失效，主副本记录所有发往从副本日志的信息，当从副本重新可用时，发往从副本，从副本写回日志后即完成更新；由于磁盘发生故障导致的从副本失效，将所有磁盘数据进行拷贝完成元数据的修复；
所述步骤C中主副本日志写给从副本采用两阶段协议，所述两阶段协议是主从副本节点之间进行同步的一个通讯协议，当主副本准备进行写回日志时，要询问从副本是否写回，这称之为预提交阶段；当从副本节点可用了，再进入第二阶段，即写回本地日志，并写回其他从副本。
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