CN106815298A - 基于块存储的分布式共享文件系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于块存储的分布式共享文件系统，其包括元数据模块、集群管理模块、节点管理器、存储心跳线、网络心跳线、文件系统隔离模块、分布式锁管理模块、用户空间和内核空间接口、标准文件系统接口，元数据模块负责元数据在各节点之间同步，由于各个节点并行共享读写数据，因此元数据必须做到快速同步才能达到数据共享的目的。本发明能够实现多点同时挂载，挂载方式简单，无需中转节点，集群中的节点直接挂载块存储后由分布式共享文件系统实现共享数据功能，不存在单点故障问题，集群中任意节点宕机对集群系统无影响，各集群中的计算节点可以直接访问共享存储，实现高性能并行读写。

Description

基于块存储的分布式共享文件系统
技术领域
本发明涉及一种共享文件系统，特别是涉及一种基于块存储的分布式共享文件系统。
背景技术
由于云计算的催生，服务器的计算能力不再拘泥于单节点，由集群节点组成的计算池提供虚拟化、云桌面等业务的载体成为主流。但计算池与数据的载体存储结合形式多种多样，并不统一且存在诸多问题。基于块存储的分布式共享文件系统的诞生解决了传统系统的中诸多缺陷：一，无法实多节点同时挂载并读写。二，挂载方式繁琐，需通过iscsi协议挂载到节点(中转节点)后，格式化成本地文件系统，export成NFS或cifs等传统共享文件系统后挂载到多节点(集群中的计算节点)实现共享功能。三，中转节点存在单点故障问题，出现宕机，则影响整个集群中计算节点对存储的访问。四，中转节点存在性能瓶颈，所有的数据读写都必须经过中转节点转换后最终写入存储，中转节点的网络接口，cpu,内存等配置，就会成为瓶颈。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于块存储的分布式共享文件系统，其能够实现多点同时挂载，挂载方式简单，无需中转节点，集群中的节点直接挂载块存储后由分布式共享文件系统实现共享数据功能，不存在单点故障问题，集群中任意节点宕机对集群系统无影响，各集群中的计算节点可以直接访问共享存储，实现高性能并行读写。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于块存储的分布式共享文件系统，其包括元数据模块、集群管理模块、节点管理器、存储心跳线、网络心跳线、文件系统隔离模块、分布式锁管理模块、用户空间和内核空间接口、标准文件系统接口，元数据模块负责元数据在各节点之间同步，由于各个节点并行读写数据，元数据数量庞大，因此元数据必须做到快速同步才能达到数据共享的目的；集群管理模块分布于各个挂载节点，主要用于集群管理，由于分布式共享文件系统是集群文件系统，因此会出现多个节点同时挂载同一个文件系统的情况，实现文件系统的管理功能；节点管理器对配置文件中所有节点进行的监控，通过系统工具将配置文件里的信息通过文件系统接口加载到内核中，保持内核和用户态的一致性；存储心跳线用于检测自身及其余节点与存储设备之间的连接是否正常，当节点挂载文件系统时，挂载工具会通过文件系统接口进行用户态与内核态之间的信息传递，进而启动一个存储心跳进程，该进程每两秒读一次与其余节点的存储心跳，同时写一次自身节点的存储心跳，一定时间内不能读写存储心跳，则会被文件系统隔离，隔离后元数据不再去同步此节点；网络心跳线用于检测自身与其他节点之间的管理网络连接是否正常，当节点加载集群服务时，自身节点会启动传输控制协议监听线程，监听是否此时有节点与其建立数据通信连接，当节点挂载文件系统时，会先检测到其余已挂载文件系统上节点的存储心跳，然后分别与其建立数据通信连接，进而每两秒会发送网络心跳包，并进行元数据同步，一定时间内无法发送网络心跳包，则同样会通过文件系统隔离机制将其隔离，隔离后元数据不再去同步此节点；文件系统隔离模块根据心跳线返回结果将文件系统内部的故障节点进行隔离，保障文件系统内部的正常节点操作正常；分布式锁管理模块采用分布式的文件共享管理，每一个文件的拥有者可以是不同节点，而不是固定为一个节点，每一个文件对应一个锁资源，节点先打开并读取这个文件，该节点则会成为该锁资源的所有者；用户空间和内核空间接口用于用户空间与内核空间数据传输交流，用户空间的数据通过用户空间和内核空间接口传入到内核空间中，同时内核空间的数据通过用户空间和内核空间接口导出到用户空间；标准文件系统接口是系统默认接口，用于将文件写入磁盘空间。
优选地，所述节点管理器中的配置文件被用户改变后节点管理器需要卸载再重新加载，其内核中的内容才能生效。
优选地，所述锁资源的所有者对锁资源对应的文件加锁，其余节点对所有者请求加锁，加锁成功后对该锁资源进行读取和操作。
优选地，所述元数据模块、集群管理模块、分布式锁管理模块、用户空间和内核空间接口、标准文件系统接口依次连接。
本发明的积极进步效果在于：本发明能够实现多点同时挂载，挂载方式简单，无需中转节点，集群中的节点直接挂载块存储后由分布式共享文件系统实现共享数据功能，不存在单点故障问题，集群中任意节点宕机对集群系统无影响，各集群中的计算节点可以直接访问共享存储，实现高性能并行读写。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明基于块存储的分布式共享文件系统包括元数据模块、集群管理模块、节点管理器、存储心跳线、网络心跳线、文件系统隔离模块、分布式锁管理模块、用户空间和内核空间接口、标准文件系统接口，元数据模块负责元数据在各节点之间同步，由于各个节点并行读写数据，元数据数量庞大，因此元数据必须做到快速同步才能达到数据共享的目的；集群管理模块分布于各个挂载节点，主要用于集群管理，由于分布式共享文件系统是集群文件系统，因此会出现多个节点同时挂载同一个文件系统的情况，实现文件系统的管理功能；节点管理器对配置文件中所有节点进行的监控，通过系统工具将配置文件里的信息通过文件系统接口加载到内核中，保持内核和用户态的一致性；存储心跳线用于检测自身及其余节点与存储设备之间的连接是否正常，当节点挂载文件系统时，挂载工具会通过文件系统接口进行用户态与内核态之间的信息传递，进而启动一个存储心跳进程，该进程每两秒读一次与其余节点的存储心跳，同时写一次自身节点的存储心跳，一定时间内不能读写存储心跳，则会被文件系统隔离，隔离后元数据不再去同步此节点；网络心跳线用于检测自身与其他节点之间的管理网络连接是否正常，当节点加载集群服务时，自身节点会启动传输控制协议监听线程，监听是否此时有节点与其建立数据通信连接，当节点挂载文件系统时，会先检测到其余已挂载文件系统上节点的存储心跳，然后分别与其建立数据通信连接，进而每两秒会发送网络心跳包，并进行元数据同步，一定时间内无法发送网络心跳包，则同样会通过文件系统隔离机制将其隔离，隔离后元数据不再去同步此节点；文件系统隔离模块根据心跳线返回结果将文件系统内部的故障节点进行隔离，保障文件系统内部的正常节点操作正常；分布式锁管理模块采用分布式的文件共享管理，每一个文件的拥有者可以是不同节点，而不是固定为一个节点，每一个文件对应一个锁资源，节点先打开并读取这个文件，该节点则会成为该锁资源的所有者；用户空间和内核空间接口用于用户空间与内核空间数据传输交流，用户空间的数据通过用户空间和内核空间接口传入到内核空间中，同时内核空间的数据通过用户空间和内核空间接口导出到用户空间；标准文件系统接口是系统默认接口，用于将文件写入磁盘空间。
节点管理器中的配置文件被用户改变后节点管理器需要卸载再重新加载，其内核中的内容才能生效。
锁资源的所有者对锁资源对应的文件加锁，其余节点对所有者请求加锁，加锁成功后对该锁资源进行读取和操作。
元数据模块、集群管理模块、分布式锁管理模块、用户空间和内核空间接口、标准文件系统接口依次连接，这样方便连接。
由于采用了上述技术方案，本发明具有下述有益效果：
(1)排除了单点故障，增强了整体集群的可靠性；
(2)去除中间转换节点，消除存储访问的网络瓶颈，大大提升数据读写性能；
(3)实现块存储访问的共享化，使得传统企业块存储在云计算等业务中得到更好的利用。
综上所述，本发明能够实现多点同时挂载，挂载方式简单，无需中转节点，集群中的节点直接挂载块存储后由分布式共享文件系统实现共享数据功能，不存在单点故障问题，集群中任意节点宕机对集群系统无影响，各集群中的计算节点可以直接访问共享存储，实现高性能并行读写。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于块存储的分布式共享文件系统，其特征在于，其包括元数据模块、集群管理模块、节点管理器、存储心跳线、网络心跳线、文件系统隔离模块、分布式锁管理模块、用户空间和内核空间接口、标准文件系统接口，元数据模块负责元数据在各节点之间同步，由于各个节点并行共享读写数据，因此元数据必须做到快速同步才能达到数据共享的目的；集群管理模块分布于各个挂载节点，主要用于集群管理，由于分布式共享文件系统是集群文件系统，因此会出现多个节点同时挂载同一个文件系统的情况，实现文件系统的管理功能；节点管理器对配置文件中所有节点进行的监控，通过系统工具将配置文件里的信息通过文件系统接口加载到内核中，保持内核和用户态的一致性；存储心跳线用于检测自身及其余节点与存储设备之间的连接是否正常，当节点挂载文件系统时，挂载工具会通过文件系统接口进行用户态与内核态之间的信息传递，进而启动一个存储心跳进程，该进程每两秒读一次与其余节点的存储心跳，同时写一次自身节点的存储心跳，一定时间内不能读写存储心跳，则会被文件系统隔离，隔离后元数据不再去同步此节点；网络心跳线用于检测自身与其他节点之间的管理网络连接是否正常，当节点加载集群服务时，自身节点会启动传输控制协议监听线程，监听是否此时有节点与其建立数据通信连接，当节点挂载文件系统时，会先检测到其余已挂载文件系统上节点的存储心跳，然后分别与其建立数据通信连接，进而每两秒会发送网络心跳包，并进行元数据同步，一定时间内无法发送网络心跳包，则同样会通过文件系统隔离机制将其隔离，隔离后元数据不再去同步此节点；文件系统隔离模块根据心跳线返回结果将文件系统内部的故障节点进行隔离，保障文件系统内部的正常节点操作正常；分布式锁管理模块采用分布式的文件共享管理，每一个文件的拥有者可以是不同节点，而不是固定为一个节点，每一个文件对应一个锁资源，节点先打开并读取这个文件，该节点则会成为该锁资源的所有者；用户空间和内核空间接口用于用户空间与内核空间数据传输交流，用户空间的数据通过用户空间和内核空间接口传入到内核空间中，同时内核空间的数据通过用户空间和内核空间接口导出到用户空间；标准文件系统接口是系统默认接口，用于将文件写入磁盘空间。
2.如权利要求1所述的基于块存储的分布式共享文件系统，其特征在于，所述节点管理器中的配置文件被用户改变后节点管理器需要卸载再重新加载，其内核中的内容才能生效。
3.如权利要求1所述的基于块存储的分布式共享文件系统，其特征在于，所述锁资源的所有者对锁资源对应的文件加锁，其余节点对所有者请求加锁，加锁成功后对该锁资源进行读取和操作。
4.如权利要求1所述的基于块存储的分布式共享文件系统，其特征在于，所述元数据模块、集群管理模块、分布式锁管理模块、用户空间和内核空间接口、标准文件系统接口依次连接。
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