CN104520845A - 可伸缩文件系统 - Google Patents

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Abstract

公开了通过执行一个或多个文件系统的逻辑和/或物理拆分的可伸缩文件系统。在一个示例中，从分布式锁管理器获取与存储池集群的域中的每一个节点中的每一个文件系统相关联的锁统计量。另外，基于所获取的锁统计量和向集群中的一个或多个节点指派的所有权将与存储池集群的域中的一个或多个节点相关联的一个或多个文件系统分解成一个或多个子文件系统。

Description

可伸缩文件系统
背景技术
文件系统的可伸缩性（scalability）是存储系统中的重要要求。这在处置存储系统中的存储爆发（burst）时尤为关键。典型地，这样的存储爆发通过过量供应存储容量和控制器来处置。这样的过量供应可能导致未被使用的存储空间的浪费和对存储控制器的冷却需要进行供电的附加成本。
附图说明
现在将参考附图详细地描述本技术的示例，其中：
图1图示了在粗粒度集群的存储域环境中的可伸缩文件系统的示例框图；
图2图示了在细粒度集群的存储域环境中的可伸缩文件系统的另一示例框图；
图3图示了通过执行一个或多个文件系统的逻辑拆分而创建虚拟根的示例框图；
图4图示了通过执行一个或多个文件系统的物理拆分而创建各自具有相应根标签的多个可分离安装的文件系统的示例框图；以及
图5图示了用于在集群的存储域环境中动态创建诸如图1-4中所示的那些之类的可伸缩文件系统的方法的示例流程图。
本文描述的各图仅仅用于图示目的并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
公开了可伸缩文件系统。在本主题的示例的以下详细描述中，对附图做出参考，所述附图形成其部分并且其中通过图示的方式示出其中可以实践本主题的特定示例。以充足的细节来描述这些示例以使得本领域技术人员能够实践本主题，并且要理解的是，可以利用其它示例并且可以做出改变而不脱离于本主题的范围。因此不以限制性含义来理解以下详细描述，并且本主题的范围由随附权利要求限定。
另外，遍及本文档可互换地使用术语“节点”和“控制器”。另外，遍及本文档可互换地使用术语“分叉”和“拆分”。
图1图示了粗粒度集群的存储域环境中的可伸缩文件系统的示例框图100。如图1中所示，可伸缩文件系统包括多个节点/控制器102A-102N和存储池108。另外如图1中所示，节点/控制器102A-102N中的每一个包括可伸缩文件系统模块104A-104N和分布式锁管理器（DLM）106A-106N中的相关联的一个。存储池108包括存储盘110A-110M。另外如图1中所示，存储盘110A-110M包括文件系统112A-112L。此外如图1中所示，节点/控制器102A-102N通信耦合到彼此。另外，可伸缩文件系统模块104A-104N和DLM 106A-106N在节点/控制器102A-102N的每一个中通信耦合，如图1中所示。此外如图1中所示，节点/控制器102A-102N通信耦合到存储盘110A-110M以分别访问存储盘110A-110M中的文件系统112A-112L。例如，节点/控制器102A和节点/控制器102B通信耦合到存储盘110A以访问文件系统112A。在粗粒度集群的存储域环境中，文件系统112A-L通过以盘级别为存储盘110A-110M分区来创建。在示例性场景中，当存储盘110A-110M以盘级别被分区时，节点/控制器102A和节点/控制器102B访问由存储盘110A托管的文件系统112A。在操作中，节点/控制器102A-102N在存储池108中创建一个或多个可分离安装的文件系统。
现在参考图2，其为图示了在细粒度集群的存储域环境中的可伸缩文件系统的示例框图200。如图2中所示，可伸缩文件系统包括多个节点/控制器202A-202N和存储池208。另外如图2中所示，节点/控制器202A-202N分别包括相关联的可伸缩文件系统模块204A-204N和分布式锁管理器（DLM）206A-206N。存储池208包括多个存储盘210A-210M。存储盘210A-210M包括一个或多个文件系统212A-212L。另外如图2中所示，节点/控制器202A-202N通信耦合到彼此和存储池208。另外，可伸缩文件系统模块204A-204N和DLM 206A-206N通信耦合，如图2中所示。在诸如图2中所示的细粒度集群的存储域环境中，文件系统212A-212L通过以块级别为存储盘210A-210M逻辑分区来创建。而且，当存储盘210A-210M以块级别被分区时，文件系统212A-212L跨存储盘210A-210M分布。
现在参考图3，其为图示了通过执行一个或多个文件系统的逻辑拆分而创建虚拟根的示例框图300。如图3中所示，框图300包括具有多个存储盘304A-304M的存储池302。存储池302由包括相关联的可伸缩文件系统模块（诸如图1中所示的可伸缩文件系统模块104A-104N或图2中所示的可伸缩文件系统模块204A-204N）和分布式锁管理器（DLM）（诸如图1中所示的DLM 106A-106N或图2中所示的DLM 206A-206N）的一个或多个节点/控制器（诸如图1中所示的节点/控制器102A-102N或图2中所示的节点/控制器202A-202N）服务。可伸缩文件系统模块中的每一个从DLM获取与文件系统308A-308L中的每一个相关联的一个或多个锁统计量。另外，存储盘304A-304M包括一个或多个文件系统，诸如文件系统308A。此外，存储池302还维护指向一个或多个文件系统308A-308L的根目录的根标签306A-306K。另外，节点/控制器在存储池302中创建多个可分离安装的文件系统。
在示例性场景中，如果与文件系统308A相关联的节点/控制器接收到访问文件系统308A的增加数目的输入/输出（I/O）请求，则节点/控制器由于过度冲突锁请求（即通过多个节点和/或控制器对相同锁的过度请求）可能未能处置I/O请求，这可以导致一个或多个节点中的缓存失效。每个缓存失效可能造成盘输入/输出，即写和读二者。例如，写可以发生在已经修改了缓存中的内容（其必须写回到盘）的节点中，并且读可以发生在需要来自盘的新鲜数据的节点中。在这种情况中，相关联的节点/控制器中的可伸缩文件系统模块从DLM获取存储池302中的所有文件系统的锁统计量。锁统计量获取自DLM中维护的统计量，诸如节点/控制器相似性、节点/控制器的访问模式、节点/控制器中央处理单元（CPU）利用等。在示例场景中，可伸缩文件系统模块周期性地获取由DLM维护的统计量。
当获取到文件系统的锁统计量时，可伸缩文件系统模块标识要求过剩资源的文件系统308A并且执行将文件系统308A逻辑拆分成一个或多个子文件系统，诸如文件系统308B-308L。另外，文件系统308A是对子文件系统308B-308L的虚拟根。为文件系统304A分配根标签306A以便跨存储池302中的文件系统而标识文件系统308A。另外，以存储池级别向文件系统308A分配根标签306A以避免在根标签分配期间的争用。另外，根标签306A指向文件系统308A的根目录，其进而引向文件系统308A的名称空间。在示例中，子文件系统308B-308L经由虚拟根（文件系统304A）可访问。
另外，可伸缩文件系统模块从相应DLM获取每一个节点/控制器的访问模式。与锁定相关联的访问模式是节点多次以共享和排他模式调用锁和解锁请求。在不同节点之中的连结的情况下，所做出的多个排他锁请求用于打破连结。另外，可伸缩文件系统模块标识能够托管一个或多个文件系统的一个或多个节点/控制器。此外，当逻辑拆分在虚拟根（文件系统308A）上执行时，虚拟根的所有权在所标识的节点/控制器之中划分。换言之，从虚拟根创建的子文件系统部署在所标识的节点/控制器上。
现在参考图4，其为图示了通过执行一个或多个文件系统的物理拆分而创建各自具有相应根标签的多个可分离安装的文件系统的示例框图400。如图4中所示，框图400包括存储池402。存储池402包括多个存储盘404A-404M。存储池402由包括相关联的可伸缩文件系统模块（诸如图1中所示的可伸缩文件系统模块104A-104N或图2中所示的可伸缩文件系统模块204A-204N）和分布式锁管理器（DLM）（诸如图1中所示的DLM 106A-106N或图2中所示的DLM 206A-206N）的一个或多个节点/控制器（诸如节点/控制器102A-102N或图2中所示的节点/控制器202A-202N）服务。可伸缩文件系统模块中的每一个从相关联的DLM获取与文件系统408A-408L中的每一个相关联的一个或多个锁统计量。此外，存储盘404A-404M包括一个或多个文件系统，诸如文件系统408A。另外，存储池402还维护指向一个或多个文件系统的根目录的根标签406A-406L。另外，节点/控制器在存储池402中创建多个可分离安装的文件系统。
在示例性场景中，如果与文件系统408A相关联的节点/控制器接收到对于访问文件系统408A的增加数目的I/O请求，则节点/控制器由于过度冲突的锁请求而可能未能处置I/O请求。在这种情况中，相关联的节点/控制器中的可伸缩文件系统模块从相关联的DLM获取存储池402中的所有文件系统的锁统计量。锁统计量获得自DLM中维护的统计量，诸如节点/控制器相似性、节点/控制器的访问模式、节点/控制器CPU利用等。在示例性场景中，可伸缩文件系统模块周期性地获取由DLM维护的统计量。
当获取到文件系统的锁统计量时，可伸缩文件系统模块标识要求过剩资源的文件系统408A并且执行将文件系统408A物理拆分成一个或多个子文件系统，诸如文件系统408B-408L。在示例中，一个或多个子文件系统是可分离安装的文件系统。文件系统408A充当针对子文件系统408B-408L的根文件系统。为物理拆分中牵涉的所有文件系统分配根标签。例如，向根文件系统408A分配根标签406A，向子文件系统408B分配根标签406B等，如图4中所示。另外，可以指派根标签406A-406L以标识存储池402中的文件系统408A-408L。另外，根标签406A-406L指向文件系统408A-408L的根目录，其进而引向文件系统408A-408L的名称空间。
另外，可伸缩文件系统模块从相应DLM获取每一个节点/控制器的访问模式。另外，标识能够托管文件系统的一个或多个节点/控制器。此外，在物理拆分期间，根文件系统（文件系统408A）和从根文件系统创建的子文件系统（408B-408L）部署在所标识的控制器/节点上。另外，子文件系统408B-408L通过根文件系统以及相关联的子文件系统可访问，如图4中所示。
现在参考图5，其为图示了用于在集群的存储域环境中动态创建诸如图1-4中所示的那些之类的可伸缩文件系统的方法的示例流程图500。集群的存储域包括粗粒度集群的存储域（如图1中所解释的那样）、细粒度集群的存储域（如图2中所解释的那样）等中的一个。在步骤502处，从分布式锁管理器（DLM）获取与存储池集群的域中的每一个节点/控制器中的每一个文件系统相关联的锁统计量。锁统计量获得自DLM中维护的统计量，诸如节点/控制器相似性、节点/控制器的访问模式、节点/控制器CPU利用等。在步骤504处，使用所获取的锁统计量来标识要求过剩资源的一个或多个文件系统。
在步骤506处，基于所获取的锁统计量和向集群中的一个或多个节点指派的所有权将与存储池集群的域中的一个或多个节点/控制器相关联的一个或多个文件系统分解成一个或多个子文件系统。另外，将文件系统分解成一个或多个子文件系统包括所标识的文件系统的逻辑拆分或物理拆分。当使用逻辑拆分来拆分一个或多个文件系统时，创建虚拟根并且在存储池中的一个或多个控制器/节点之中逻辑划分虚拟根的所有权。在使用物理拆分来拆分一个或多个文件系统的情况中，创建一个或多个子文件系统使得每一个文件系统从根文件系统和一个或多个子文件系统可访问。请参考图3和4以分别得到逻辑拆分和物理拆分的详细解释。在一个示例中，将一个或多个节点/控制器中的一个或多个文件系统动态分解成一个或多个子文件系统。在另一示例中，信息技术（IT）管理员基于所获取的锁统计量而手动创建针对存储池集群的域中的一个或多个文件系统的分叉子文件系统。
在步骤508处，从DLM获取存储池集群的域中的每一个节点/控制器的访问模式。在步骤510处，使用所获取的访问模式来标识能够容纳/托管一个或多个文件系统的一个或多个节点/控制器。在步骤512处，基于所获取的访问模式，将一个或多个子文件系统（通过逻辑或物理拆分生成）部署在一个或多个所标识的节点/控制器上。
在步骤514处，基于所获取的锁统计量和/或访问模式来平衡跨存储池集群的域中的每一个活动节点/控制器的工作负载。工作负载包括例如节点/控制器正在处置的文件系统的数目。工作负载平衡包括基于节点/控制器正在承载的工作负载水平而向节点/控制器指派文件系统。例如，如果节点/控制器已经达到性能的最大阈值，则将要求过剩资源的节点/控制器中的一个或多个文件系统逻辑或物理拆分（如图3和4中解释的那样）成子文件系统并且将其部署在正在处置相对较小负载或没有负载的其它节点/控制器上。在一些示例中，使用DLM中维护的统计量来确定节点/控制器的工作负载。另外，如果节点/控制器中的子文件系统中的负载降低并且不要求任何过剩资源，则子文件系统与子文件系统所源自的父文件系统合并并且移到另一节点/控制器，这基于从DLM获取的访问模式。因此，方法执行节点/控制器之间的弹性工作负载平衡。
例如，以上描述的可伸缩文件系统模块（诸如图1中所示的可伸缩文件系统模块104A-104N或图2中所示的可伸缩文件系统模块204A-204N）可以以存储在非暂时性计算机可读存储介质上的指令的形式。一种物品包括具有指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令在被节点/控制器（诸如图1中所示的节点/控制器102A-102N或图2中所示的节点/控制器202A-202N）运行时，使可伸缩文件系统执行图1-5中描述的一个或多个方法。
在各种示例中，图1-5中描述的系统和方法提出用于存储环境中的可伸缩文件系统的技术。技术将要求过剩资源的文件系统拆分成较小文件系统并且向服务存储池的一个或多个节点/控制器指派较小文件系统。该技术消除了对于过量供应资源以迎合文件系统经历的I/O爆发的需要。文件系统的物理和逻辑拆分划分文件系统而同时维护单个名称空间。该技术还使用DLM中可用的统计量来执行服务存储池的节点/控制器之间的智能负载共享。
尽管已经在本文中描述了某些方法、装置和制造品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利适当覆盖在字面上或者在等同原则之下落在随附权利要求的范围内的所有方法、装置和制造品。

Claims (15)

1.一种用于可伸缩文件系统的方法，包括：
从分布式锁管理器获取与存储池集群的域中的每一个节点中的每一个文件系统相关联的锁统计量；以及
基于所获取的锁统计量和向集群中的一个或多个节点指派的所有权，将与存储池集群的域中的一个或多个节点相关联的一个或多个文件系统分解成一个或多个子文件系统。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
从分布式锁管理器获取与存储池集群的域中的每一个节点相关联的访问模式；以及
基于所获取的访问模式，将一个或多个子文件系统部署在一个或多个节点上。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
使用所获取的访问模式来标识能够托管一个或多个子文件系统的一个或多个节点。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括：
基于所获取的锁统计量和/或访问模式来平衡跨存储池集群的域中的每一个节点的工作负载。
5.根据权利要求1所述的方法，其中锁统计量选自包括节点相似性和节点的中央处理单元（CPU）利用的组中。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用所获取的锁统计量来标识要求过剩资源的一个或多个文件系统。
7.根据权利要求1所述的方法，其中存储池集群的域包括粗粒度集群的域和/或细粒度集群的域。
8.根据权利要求1所述的方法，其中将一个或多个文件系统分解成一个或多个子文件系统包括一个或多个文件系统的逻辑拆分和/或一个或多个文件系统的物理拆分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中一个或多个文件系统的逻辑拆分包括创建虚拟根并且其中在存储池中的一个或多个节点之中逻辑划分虚拟根的所有权。
10.根据权利要求8所述的方法，其中一个或多个文件系统的物理拆分包括创建一个或多个子文件系统使得每一个文件系统从根文件系统和一个或多个子文件系统可访问。
11.根据权利要求1所述的方法，其中基于所获取的锁统计量而将存储池集群的域中的一个或多个节点中的一个或多个文件系统分解成一个或多个子文件系统包括：
基于所获取的锁统计量，动态分解存储池集群的域中的一个或多个节点中的一个或多个文件系统。
12.根据权利要求1所述的方法，其中基于所获取的锁统计量而将存储池集群的域中的一个或多个节点中的一个或多个文件系统分解成一个或多个子文件系统包括：
基于所获取的锁统计量，手动创建针对存储池集群的域中的一个或多个节点中的一个或多个文件系统的一个或多个子文件系统。
13.一种可伸缩文件系统，包括：
通信耦合到彼此的一个或多个节点；以及
通信耦合到一个或多个节点的一个或多个存储设备，其中每一个节点包括：
　　处理器；以及
　　耦合到处理器的存储器，其中存储器包括可伸缩文件系统模块，其被配置成：
　　　　使用分布式锁管理器而获取与存储池集群的域中的每一个节点中的每一个文件系统相关联的锁统计量；以及
　　　　基于所获取的锁统计量和向集群中的一个或多个节点指派的所有权将存储池集群的域中的一个或多个节点中的一个或多个文件系统分解成一个或多个子文件系统。
14.根据权利要求13所述的系统，其中可伸缩文件系统模块还被配置成：
从分布式锁管理器获取与存储池集群的域中的每一个节点相关联的访问模式；以及
基于所获取的访问模式，将一个或多个子文件系统部署在一个或多个节点上。
15.一种具有指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令当被计算设备执行时，使计算设备：
从分布式锁管理器获取与存储池集群的域中的每一个节点中的每一个文件系统相关联的锁统计量；以及
基于所获取的锁统计量和向集群中的一个或多个节点指派的所有权，将与存储池集群的域中的一个或多个节点相关联的一个或多个文件系统分解成一个或多个子文件系统。
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