CZ260296A3

CZ260296A3 - System and method of effective storage in a quick buffer memory in a distributed system of files

Info

Publication number: CZ260296A3
Application number: CZ962602A
Authority: CZ
Inventors: Thomas George Cantrell; Sebnem Jaji; Amal Ahmed Shaheen; Richard Byron Ward
Original assignee: Ibm
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1997-12-17
Also published as: CA2142797C; KR950027577A; EP0749602B1; JP2705006B2; RU2170454C2; BR9500819A; DE69416875T2; HU219996B; CA2142797A1; CN1132109C; HUT75264A; WO1995024685A1; US6119151A; EP0749602A1; CN1121216A; ATE177223T1; JPH07262074A; KR0170561B1; PL176975B1; HU9602443D0

Description

Předkládaný vynález se týká systémů pro zpracování informací, které spravují data. Podrobněji se předkládaný vynález týká správy dat na straně klienta v distribuovaném systému souborů. Ještě podrobněji se předkládaný vynález týká ukládání do rychlé vyrovnávací paměti (cache) a zaznamenávání transakcí u klientů v distribuovaném systému souborů, které může podporovat operace připojení nebo odpojení klienta.

Dosavadní stav techniky

Výkon a paměťová kapacita počítačových pracovních stanic velmi vzrostly. Pracovní stanice byly původně používány jediným operátorem k provádění jednoho nebo více isolovaných úkolů. Vzrůst používání pracovních stanic mnoha uživateli v organizaci vytvořil potřebu komunikace mezi pracovními stanicemi a sdílení dat mezi uživateli. To vedlo k vývoji architektur distribuovaných systémů souborů takových, jako je znázorněno na obr. 1. j

Vetší množství pracovních stanic na obr. 1 je navzájem propojeno lokální sítí (LAN). Sítě většího rozsahu (wide area network - WAN) mohou být použity pro vzájemné propojení množství lokálních LAN. Sítě LAN a sítě WAN vytvářejí jedinou logickou síť. Pracovní stanice na obr. 1 jsou identifikovány jako servery

- 2 Sl, S2, S3 a klienti Cl, C2, C3. Designace pracovní stanice jako server nebo klient závisí na funkci, kterou daná pracovní stanice vykonává v dané síti. Určitá pracovní stanice může být současně server i klient. Implementace distribuovaného systému souborů vyžaduje přítomnost alespoň jednoho serveru a alespoň jednoho klienta.

Pracovní stanice pracující jako klient byly tradičně připojeny k příslušné lokální síti LAN stále a přijímaly služby LAN a sdílely zdroje jako jsou například soubory. Odpojení od LAN znamenalo, že pracovní stanice byla odpojena od zdrojů sítě LAN. Práce v odpojeném klientu mohla pokračovat pouze pokud potřebné, soubory a programy do něho byly překopírovány před jeho odpojením. \

Vzrůst výpočetní síly přenosných pracovních stanic způsobil, že počítání v odpojeném nebo “mobilním” režimu se stalo praktickým. Přenosné pracovní stanice mohou být zakoupeny s procesorem, vnitřní a diskovou pamětí, které jsou tytéž jako u pracovních stanic typu desktop nebo deskside. Přenosné pracovní stanice nebo přenosné počítače však v jsou současné době podrobeny jistým omezením, mají-li pracovat v odděleném rešimu: nelze používat žádných sdílených zdrojů, pokud se kopie těchto souborů nebo programů neprovede dříve, než je stanice odpojena. Po opětném připojení je ponecháno na uživateli, aby ručně uvedl soubory změněné na přenosném zařízení do souladu se soubory na síti. ý)br. 1 ilustruje odpojitelnou přenosnou pracovní stanici jako klienta Cl 102, připojeného k síti čárkovaně znázorněným spojem.

Způsob sdílení datových souborů v sítích takových, jako je znázorněno na obr. 1 se průběžně vyvíjel. Nejjednodušší způsob sdílení dovoloval klientovi vyžádat si data ze souboru, umiste- 3ného na serveru. Požadovaná data byla zaslána procesoru klienta a všechny změny nebo modifikace těchto dat byly zaslány zpět serveru. Byly vytvořeny vhodné způsoby uzamčení zabraňující, aby další klient nezměnil data držená prvním klientem.

Distribuovaný systém souborů vylepšil sdílení souborů přidáním mechanismů, umožňujících efektivněji distribuovat data klientům a efektivněji řídit sdílení souborů. Existuje mnoho distribuovaných systémů souborů. Jeden z populárních distribuovaných systémů souborů je Andrew Filé System (AFS), dodávaný společností Transarc Corp.

AFS zlepšuje účinnost práce s distribuovaným souborem tím, ♦

že vytváří rychlou vyrovnávací paměť pro soubor v klientovi, který pracuje s daty serveru. Na tuto rychlou vyrovnávací paměť se odvolává klientova aplikace a pouze ztráta rychlé vyrovnávací paměti způsobí, že se data přebírají ze serveru. Používání rychlé vyrovnávací paměti pro data snižuje objem komunikace v síti a dobu odezvy u klienta.

Konzistence rychlé vyrovnávací paměti v systému AFS je založena na systému zpětných volání serveru. Server uvědomí každého klienta, který má rychlou vyrovnávací paměť obsahující jistá data o každé podmínce, která způsobuje, že data v jeho rychlé vyrovnávací paměti jsou neplatná. Jakmile jsou data neplatná, jsou vymazána z rychlé vyrovnávací paměti a musí být znovu získána ze serveru v okamžiku, kdy jsou potřeba.

Odpojení pracovní stanice připojené k AFS způsobí ztrátu přístupu klienta k distribuovanému souboru. Během odpojení klient automaticky přestává registrovat zpětná volání, způsobující neplatnost rychlé vyrovnávací paměti.

-4Distributed Filé System (DFS) je pokračovatel AFS, který podporuje OSF Distributed Computing Environment (DCE). DFS používá “token” mechanismus založený na serveru, který zaručuje konsistentnost rychlé vyrovnávací paměti klienta. Klienti získávají “čtecí” známku (token), která je ujišťuje, že data, která obsahuje jejich rychlá vyrovnávací paměť jsou platná. Jestliže klient má změnit data v souboru, získává “zápisovou” známku pro tato data. Udělení “zápisové” známky jednomu klientovi, např. Cl, ruší platnost “čtecích” známek pro ostatní klienty. Zrušení platnosti známky má za následek, že data, která jsou v rychlé vyrovnávací paměti u těchto klientů se stanou neplatnými. Odpojení od DFS systému způsobí, že klient ztratí všechny mimořádné známky. Klmt bude neschopen číst nebo zapisovat dokonce i do dat, které obsahuje rychlá vyrovnávací paměť v důsledku nedostatku známek.

Carnegie Mellon University se pokusila vytvořit podporu pro odpojitelné pracovní stanice připojené k AFS systému. Projekt CODA je zaměřen na poskytnutí distribuovaného systému souborů se stálou dostupností dat. Dosahuje toho replikací dat ve více serverech a poskytováním podpory pro operaci odpojení klienta. Viz: “Coda: A Highly Available Filé System for a Distributed Workstation Environment”, IEEE Transactions, Vol. 39, No. 4, duben 1990.

Distribuované operace v systému Ceda jsou prováděny na základě optimistických replikací dat. Optimistické replikace dovolují mnoha klientům číst a zapisovat data a to dokonce i pokud jsou odpojeni. Nekonsistence dat jsou identifikovány a vyřešeny později. Pesimistické replikace dat vylučují vznik konfliktů tím, že omezují čtení a zápis na jediný oddíl. Odpojení zbavuje klienta možnosti určit zda jiný klient pracoval s daty. Při pesimistické replikaci by klient neměl možnost zapisovat. Viz “Dis-

- 5connected Operation in the Coda Filé System”, J. Kistler, M. Satyanarayanan, Carnegie Mellon University, Proceedings of the 13th ACM Symposium on Operating Systems Principles, říjen 1991.

OJ>A

Distribuované operace v systému Coda-dovolují klientovi pokračovat v přístupu a aktualizaci dat, které obsahuje rychlá vyrovnávací paměť na straně klienta. Operace se souborem selhévá pouze tehdy, když dojde k situaci, kdy potřebná data v rychlé vyrovnávací paměti nejsou, neboť pouze tehdy je klient neschopen získat data ze serveru. AFS a CeeL· umisťují do rychlé vyrovnávací paměti celé soubory. Coefa aktualizuje soubory během operací při odpojení a udržuje záznam (log) pro všechny změny dat. Po opětném připojení je klient zodpovědný za aktualizaci všch serverových replik dat tím, že provede všechny operace ze záznamu na serverové soubory. Nekonsistence dat jsou řešeny tím, že jejich odstranění je ponecháno na manuální intervenci.

ÚPA

Hlavní nevýhodou systému Cedár je to, že je podporováno pouze připojení k serveru, pracujícímu pod tímto systémem.

Coeá, stejně tak jako AFS, je distribuovaný protokol pro systém souborů. Coěar je založena na faktu, že server nebo servery a všichni klienti užívají tentýž protokol pro distribuovaný systém souborů. To vyžaduje, aby všechny servery a klienti v síti přešly na, má-li být podporována operace odpojení.

Další přístup navrhli Huston a Honeyman v článku “Disconnected Operation for AFS”, L.B. Huston and P. Honeyman, Center for Information Technology Integration, The University of Michigan, publikováno v Proceedings of the USENIX Mobile and Location-Independent Computing Symposium, srpen 1993. Huston a Honeyman navrhují systém klienta tak, že může být připojen ke standardnímu AFS serveru bez modifikace tohoto

Náhradní strana 6 serveru. Modifikace programu klienta podporuje operaci odpojení a opětného připojení. Opětné připojení a úprava dat je prováděno na základě provádění záznamu každé transakce, která byla provedena po dobu odpojení. Každá operace čtení, zápisu a aktualizace je zaznamenávána v záznamu transakcí, který je přehrán serveru po opětném připojení. Tento přístup má výhodu v tom, že podporuje používání standardního AFS serveru. Je však závislý na přítomnosti protokolu AFS pro distribuovaný systém souborů a nepracuje s jiným serverem než se serverem AFS. Zaznamenávání všech transakcí také snižuje účinnost systému. Velikost souboru se záznamem transakcí může způsobit problémy s místem na klientově disku a časové ztráty při uvádění souborů do souladu po opětném připojení v systému jakékoliv velikosti. >

H. Rao a kol., “Accessing Files in Internet: The Jade Filé System”, IEEE Transactions on Software Engineering, Vol. 19, No. 6, červen 1993, str. 613-624, diskutují systém souborů s rychlou vyrovnávací pamětí pro použití v prostředí LAN nebo Internetu. Rao a kol. implementují ukládání celých souborů do rychlé vyrovnávací paměti v lokální pracovní stanici nebo na místě, které je zvoleno uživatelem. Systém souborů Jade vyžaduje, aby vývojář aplikačního programu používal “Uniform Interface to Access Protocols”. To vyžaduje, aby aplikační program byl modifikován nebo, tak jak je to navrhováno v článku, použití sdílené knihovny, která nahradí standardní volání voláními systému Unifórm Interface. Jade systém používá “agenty” systému souborů k provádění aktuálních požadavků na systém souborů. Jade neposkytuje žádnou možnost podpory činnosti v odpojeném režimu ani zaznamenávání transakcí systému souborů pro sy/nchronizaci po opětovném připojení. Jade neposkytuje prostředky pro zachycení standardních volání systému

Náhradní strana 6a souborů a jejich transformaci do tvaru nezávislého na syntaxi oddělovacích znaků před dosažením manažeru rychlé vyrovnávací paměti.

A. Marshall a kol., “On the feasibility of ISO FTAM-based hle servers to implement a heterogenous filé systém”, Computer Standards and Interfaces, Vol. 14, No. 3, 1992, str. 191208 diskutují přístup k vytváření heterogenního systému souborů, založeného na modelu ISO-FTAM. Kritizují používané přístupy, jako je například Sun NFS, neboť jsou založeny na přístupech závislých na operačních systémech. Předkládaný vynález předkládá prostředky nezávislé na operačním systému, užívající Vnodes jako standardní protokol velmi podobný FTAM. Předkládaný vynález odstraňuje závislost na instrukcích operačního systému. Virtuální “filestore” (VFS) Marshalla a kol. nepodporuje přístup k existujícím distribuovaným systémům souborů. Navrhovaný systém souborů předpokládá nahrazení existujících struktur, ale podporuje přístup ke standardním fyzickým typům souborů. Přetrvává technický problém vytvoření mechanismu pro heterogenní přístup, který nevyžaduje nahražení dosavadních protokolů distribuovaných systémů souborů.

M. Satyanarayanan a kol., “On the ubiquity of logging in distributed fle systems”, Proceedings of the 3rd Workshop on Workstation Operating Systems”, 23. duben 1992, str. 122-125, diskutují provádění záznamů transakcí v CODA systému popsaném výše. Zaznamenávání v Cecča podporuje odpověď na transakce v průběhu odpojení. Jak bylo diskutováno výše, CODA požaduje server, který pracuje s vlastním protokolem přístupu k distribuovanému systému souborů. Záznam transakcí je tedy založen na homogenním modelu serveru a proto nepodporuje heterogenní model.

-6F ser-vefu·:-Modifikace programu klienta podporuje operaci odpojení· a opětného· připo-jcnfiOpotnó připoj enia úprava dat je prováděno- na-zák-ladě provádění záznamu každé t-ransakcc, která•byla provedena po dobu odpojení. Každá-operace čtení, zápisua aktualizace je zaznamenávána v-záz-namu·transakcí, který je přehrán serveru po opětném připojení:· Tento-přístup má-výhodu v tom, že podporuje používání stendar-dního AFS serveru?

Je-však závislý-na přítomnosti prot-okolu-AKS pro distribuovanýsystém souborů a-nepracuje-s-.....jiným se-rverem než se serverem

AFS. Zaznamenávání všech transakcí takc-snižuje účinnost systému. Velikost- souboru-se záznamem transakcí může způsobit· problémy s místem na klientovédisku a časové ztráty při- uvádění•sonborů-do souladu po opětném připojení-v systému jakókoliv•vefikosřř: y

Z- uvedeného vyplývá, že existuje technický · problém poskytnout distribuovaný systém souborů, který-dovoluje-pokračovatprovádění operací u odpojeného klienta s efektivním uváděním souborů do souladu po.....opětovném připojení. Další- technický-problém spočívá ve vytvoření klienta distribuovaného systčmu•souborů, který by mo-hl-pracovat-pod řadou různých protokolů pro distribuované systémy souborů. Nakonec je zde-problém vytvořit klienta distribuovaného systému.....souborů, který by byl·nezávislý na syntaxi, používané opcraěmm-systcmem pro zpracování objektů nebo úplných jmen souborům

Podstata vynálezu

Předkládaný vynález je zaměřen na poskytnutí distribuovaného systému souborů, který podporuje operace připojeného i odpojeného klienta. Klientův systém souborů je možno připo- 7jit k řadě systémů souborů a podporuje efektivní vytváření záznamů transakcí.

Předkládaný vynález je zaměřen na řízení rychlé vyrovnávací paměti v systému souborů v počítačovém systému klienta, který pracuje pod prvním operačním systémem. Způsob zahrnuje následující kroky: zachycení požadavků operačního systému na objekt systému souborů v distribuovaném systému souborů; transformace uvedených požadavků tak, aby byla odstraněna syntax závislá na operačním systému; testování paměťových prostředků u uvedeného klienta na přítomnost dat o uvedeném objektu systému souborů; a uspokojení uvedeného požadavku na objekt systému souborů, pokud jsou data v rychlé vyrovnávací paměti přítomna. ⁴

Předmětem předkládaného vynálezu je tedy poskytnout klienta distribuovaného systému souborů který může pracovat odpojen od serveru.

Dalším předmětem vynálezu je poskytnout odpojitelného klienta, který efektivně vytváří záznam transakcí pro uvedení souborů do souladu po opětném připojení.

Ještě dalším předmětem vynálezu je poskytnout klienta distribuovaného systému souborů, který provádí efektivní ukládání do rychlé vyrovnávací paměti (cache), aby snížil objem paměti a prostoru na disku, jkterý je požadován pro rychlou vyrovnávací paměť a zvýšil rychlost a efektivitu zpracování rychlé vyrovnávací paměti.

Je dalším předmětem vynálezu poskytnout klienta distribuovaného systému souborů, který může pracovat s různými protokoly distribuovaných systémů souborů.

-8Je dalším předmětem vynálezu poskytnout klienta distribuovaného systému souborů, který je nezávislý na operačním systému.

Je ještě dalším předmětem vynálezu zvýšit efektivitu rychlé vyrovnávací paměti agresivním ukládáním zpracovaných jmen objektů do rychlé vyrovnávací paměti.

Je dalším předmětem vynálezu poskytnout systém pro řízení rychlé vyrovnávací paměti, který není závislý na jménech objektů a dovoluje každému objektu systému souborů mít řadu předchůdců, z nichž každý má odlišná syntaktická pravidla pro vytváření jmen objektů.

♦

Tyto a další předměty vynálezu, jeho znaky a výhody budou zřejmé z následujícího detailnějšího popisu výhodného provedení vynálezu, které je ilustrováno připojenými nákresy, v nichž vztahové značky representují odpovídající části vynálezu.

Přehled obrázků na výkrese

Obr. 1 znázorňuje distribuované síťové prostředí, ve kterém je vynález prováděn.

Obr. 2 je blokový} diagram pracovní stanice, obsahující jedno provedení předkládaného vynálezu.

Obr. 3 je blokový diagram distribuovaného systému souborů podle dosavadního stavu techniky.

Obr. 4 je blokový diagram, ilustrující funkční komponenty provedení předkládaného vynálezu.

-9 Obr. 5 je ilustrací datových struktur ve výhodném provedení předkládaného vynálezu.

Obr. 6 je blokový diagram jiného provedení předkládaného vynálezu.

Obr. 7 je diagram, ukazující kroky procesu v jednom provedení předkládaného vynálezu.

Příklady provedení vynálezu ♦

Obr. 2 znázorňuje typickou konfiguraci pracovní stanice, která je klientem nebo serverem. Předkládaný vynález je výhodně provoděn s pracovními stanicemi jako je pracovní stanice IBM RISC System/6000 nebo osobní počítač IBM PS/2. Pracovní stanice, představující klienty a servery, jsou navzájem propojeny pomocí LAN typu token ring nebo Ethernet, jak je znázorněno na obr.

1. Pracovní stanice propojené sítí LAN mohou být i přenosné stanice, jako je Cl, které mohou být odpojeny od LAN a používány nezávisle na LAN. Je zřejmé v provedeních předkládaného vynálezu může být použita řada dalších konfigurací hardware pracovních stanic nebo typů LAN.

I

Typická pracovní stanice 200, představující klienta nebo server, má procesor 210, systémovou paměť 214 a nevolatilní paměť 212 jako je například jednotka pevného disku, disketová jednotka a nebo optické paměťové zařízení. Procesor přijímá vstupy z vstupních/výstupních (I/O) zařízení jako je klávesnice 224 a ukazovací zařízení 226 prostřednictvím V/V kontroléru 218. Systém předává operátorovi grafickou informaci na displeji 222, ovládaném grafickým kontrolérem 220. Pracovní stanice je

- 10 připojena k síti (není znázorněna) pomocí adaptéru síťového rozhraní 216.

Výhodné provedení předkládaného vynálezu je implementováno počítačovým procesem operujícím v paměti a procesoru pracovní stanice 200. Počítačový programový produkt, který provádí předmět vynálezu může být uchováván v nevolatilním paměťovém zařízení 212, zahrnujícím uchovávání dat na magnetické pásce, disketě nebo CD-ROM zařízení.

Práce distribuovaného systému souborů podle dosavadního gtavu techniky je ilustrována na obr. 3. Tento obrázek znázorňuje pracovní stanici 302, pracující jako klient a pracovní stanici 304, pracující jako server, které jsou mezi sebou propojeny síťovým rozhraním 306. Požadavek uživatelského procesu 308 po určitém souboru nebo po informaci o souboru umístěném na diskové paměti 390 je zpracován následujícím způsobem. Jak klient 302, tak server 304 jsou rozděleni na uživatelský adresový prostor 310, 314 a adresový prostor jádra 312, 316. Rozhraní mezi aplikačním programem a jádrem (známé jako “application program interface” nebo API) je VFS/vnode API definované v S. R. Kleitman, “Vnodes: An Architecture for Multiple Filé System Types in Sun UNIX (R) ”, Summer Usenix Conference Proceedings, 1986. Pochopitelně může být použito i jiné rozhraní. Rozhraní VFS/vnode dovoluje existenci více virtuálních systémů souborů. Distribuovaný systém souborů se stává virtuálním systémem*souborů pro pracovní stanici, pracující jako klient.

Uživatelský proces 308 požaduje datový soubor na paměťovém zařízení 390. Požadavek 320 je zachycen pomocí VFS rozhraní a předán klientovi 322 distribuovaného systému souborů, který je umístěn v klientském adresovém prostoru jádra 312.

- 11 Klient distribuovaného systému souborů řídí komunikaci se serverem po síti. Požadavek je předán jako zpráva 326 serveru 324 distribuovaného systému souborů v jádru 316 serveru po síti 306. Server 324 distribuovaného systému souborů dosáhne paměťové zařízení 390, užívajíce VFS rozhraní 328, aby se spojil s lokálním fyzickým systémem souborů serveru, umístěným na zařízení 390. Požadovaná data jsou získána a předána 330 ze serveru 324 distribuovaného systému souborů na klienta 322 distribuovaného systému souborů, který poté předá 332 data uživatelskému procesu 308, který si je vyžádal.

Klient 322 distribuovaného systému souborů může umístit data do rychlé vyrovnávací paměti (není znázorněna), aby uchoval data, vyžádaná oa serveru. Klient distribuovaného systému souborů bude hledat platná data v rychlé vyrovnávací paměti dříve, než o tato data požádá server.

Výhodné provedení předkládaného vynálezu je znázorněno na obr. 4. Pracovní stanice, pracující jako klient má uživatelský adresový prostor 402 a adresový prostor 404 jádra. Zlepšený manažer 406 rychlé vyrovnávací paměti podle předkládaného vynálezu pracuje výhodně v uživatelském adresovém prostoru 402, ale může být také implementován v adresovém prostoru 404 jádra.

Uživatelské programy 408, 410, 412 vydávají požadavky 414, 416, 418 na systém souborů. Uživatelský program n je znázorněn jako užívající logický systém souborů 414, který sám vydává požadavek 420 na systém souborů. Požadavky na systém souborů jsou ve tvaru, vyžadovaném rozhraním VFS/vnodes, i když do rozsahu předkládaného vynálezu spadá i použití jiného rozhraní než VFS/vnodes. Předkládaný vynález může být používán s jakýmkoliv logickým systémem souborů, který je slučitelný s

- 12 VFS/vnodes API a nebo v jiném provedení slučitelný s jakýmkoliv jiným API.

VFS rozhraní směruje požadavky systému souborů na manažer 406 rychlé vyrovnávací paměti. Manažer 406 rychlé vyrovnávací paměti spravuje lokální informace o distribuovaném systému souborů, ke kterému se připojuje klient. Pokud je to možné, požadavky na systém souborů jsou obslouženy manažerem rychlé vyrovnávací paměti bez přístupu na server. Požadavky na systém souborů mohou být uspokojeny manažerem rychlé vyrovnávací paměti pokud rychlá vyrovnávací paměť obsahuje požadovanou informaci a tato je stále platná. Manažer 406 rychlé vyrovnávací paměti bude popsán detailněji níže.

i

Požadavky na systém souborů jsou uspokojeny manažerem 406 rychlé vyrovnávací paměti buď z dat, která se nacházejí v paměti manažeru rychlé vyrovnávací paměti nebo přístupem k lokálnímu fyzickému systému souborů 420 nebo použitím přístupu 422 k distribuovanému systému souborů. Manažer rychlé vyrovnávací paměti udržuje lokální kopie distribuovaných souborů v lokálním fyzickém systému souborů, užívaném pro rychlý přístup k souborům. Přístup 422 k distribuovanému systému souborů vydává nezbytné příkazy serveru 324 distribuovaného systému souborů tak, jak bylo popsáno výše. Výhodné provedení rychlé vyrovnávací paměti uchovává celé soubory, ačkoliv vynález není omezen na uchovávání celých souborů.

Manažer 406 rychlé vyrovnávací paměti a přístup 422 k distribuovanému systému souborů jsou nezávislé na operačním systému a protokolu distribuovaného systému souborů. Nezávislost na operačním systému je dosažena podporou definovaného rozhraní. Podporované rozhraní zahrnuje: rozhraní VFS+/Vnodes rozhraní pro operace systému souborů; rozhraní zajišťující per- 13 zistanci, jako například rozhraní které poskytuje perzistenční rámec IBM SOMobjects; rozhraní lokálního systému souborů (LSI) pro soubory uložené do rychlé vyrovnávací paměti; různé protokoly distribuovaných systémů souborů; synchronizační rozhraní pro rychlou vyrovnávací paměť; a rozhraní pro odpověď na záznam transakcí. Manažer rychlé vyrovnávací paměti není závislý na syntaxi žádného systému souborů. Jména souborů jsou transformována tak, aby byla nezávislá na znacích, užívaných jako oddělovače komponent jmen souborů a jsou chápána jako neobsahující žádné vyhražené znaky ani žádná vyhražená slova. Analýza úplného jména souboru je také nezávislá na syntaxi operačního systému. Takto se na jednotlivý objekt systému souborů mohou odvolávat dva různé operační systémy, aniž by docházelo ke konfliktům syntaktických pravidel. Manažer rychlé vyrovnávací paměti může například být implementován tak, aby mohl pracovat s operačním systémem IBM OS/2 (R) nebo operačním systémem IBM AIX (R) nebo s kterýmkoliv jiným operačním systémem pouze s malými změnami.

Manažer rychlé vyrovnávací paměti podle předkládaného vynálezu je nezávislý na protokolu distribuovaného systému souborů. Přístup 422 k distribuovanému systému souborů se může připojit ke vzdálenému serveru používajíce buď Distrubuted Com puting Environment (DCE (R)) nebo programový produkt IBM LAN Server. Další, protokoly pro přístup ke vzdáleným souborům mohou být použity pouze s malými modifikacemi. Synchronizační mechanismus a mechanismus pro odpovídání na záznam transakcí zpracovávají úkoly závislé na protokolu.

Manažer 406 rychlé vyrovnávací paměti udržuje klientovu rychlou vyrovnávací paměť 409. V souvislosti s tím udržuje manažer rychlé vyrovnávací paměti informaci 410 o svazku dat (volume) a modifikační záznam 412. Informace 410 o svazku

-14dat obsahuje informace o systému souborů, který je dosažitelný klientské pracovní stanici prostřednictvím manažeru rychlé vyrovnávací paměti. Ve výhodném provedení vynálezu jsou vzdálené soubory spojovány s klientem na základě svazku dat (volume) . Každý svazek dat má svůj záznam v databázi informací o svazcích dat. Tímto způsobem je vzdálený systém souborů připojen ke klientské pracovní stanici buď jako Unixovský systém souborů (například nainstalován jako zvláštní systém souborů /rf s) nebo jako písmeno, označující DCE jednotku (například jako jednotka G:\). Všechny informace o vzdáleném systému souborů a jeho stavu jsou uchovávány v databázi 410 o svazcích dat. Několik vzdálených systémů souborů může být současně připojenó k témuž klientovi.

i

Rychlá vyrovnávací paměť 409 je detailněji znázorněna na obr. 5. Rychlá vyrovnávací paměť 409 udržuje jedinou rychlou vyrovnávací paměť pro úplná jména souborů, data o objektech systému souborů a informace o stavu objektů systému souborů. Rychlá vyrovnávací paměť je implementována jako persistentní halda, to jest je periodicky zapisována na nevolatilní paměťové médium ze kterého může být rekonstruována v případě výpadku napájení nebo selhání systému. Jediná integrovaná rychlá vyrovnávací paměť snižuje celkové požadavky na paměť potřebnou pro rychlou vyrovnávací paměť, čímž se zlepšuje její výkonnost. Jediná rychlá vyrovnávací paměť vyžaduje pouze jednu hašovací tabulku namísto tří, které jsou používány v systémech podle dosavadního stavu techniky. Veškeré zpracovávání rychlé vyrovnávací paměti je možno implementovat jako jediný program, který uchovává různé typy objektů systému souborů namísto používání separátních programů pro každý typ rychlé vyrovnávací paměti. Objekt systému souborů, uložený do rychlé vyrovnávací paměti je znázorněn obecně jako 502. Objekt 502 systému souborů je používán v manažeru rychlé vyrovnávací paměti jak pro práci v připojeném stavu, tak i pro práci v odpojeném stavu.

Objekt 502 systému souborů je datová struktura obsahující informaci nutnou pro přístup ke vzdáleným souborům nebo k lokální kopii vzdáleného souboru, který byl uložen do rychlé vyrovnávací paměti. Pro každý vzdálený soubor nebo adresář, na který se odvolává klientská pracovní stanice, je do rychlé vyrovnávací paměti umístěna položka, popisující objekt systému souborů. Objekt systému souborů obsahuje VFS+/vnode identifikátor 504 a identifikátor 506 souboru. Identifikátor 506 souboru obsahuje svazek dat, server a data obsažená v souboru. VFS+/vnode identifikátor obsahuje informaci definovanou ve standardní specifikaci _yVFS/Vnode. Použití této informace umožňuje plnou podporu celého rozhraní VFS/Vnode. Předkládaný vynález připojuje k datové struktuře dodatečnou informaci, aby bylo podporováno rozšířené používání rychlé vyrovnávací paměti a práce při odpojení. Položka 508 popisující svazek dat je ukazatel na položku 545 v databázi informací o svazcích dat, která popisuje svazek dat, do kterého soubor patří. Dále se používají stavová proměnná 510 a stavová struktura 512, které podávají informaci o stavu rychlé vyrovnávací paměti pro daná data. Ve výhodném provedení vynálezu, které je implementováno v objektově orientovaném prostředí, používajícím nástroje jako je například programovací jazyk C+-je stavová struktura definována jako třída. Stavová informace pro soubor v určitém operačním systému (například PS/2 Ň^BO AIX) je definována vytvořením podtřídy třídy určující stavovou strukturu. Podtřída přepíše definici třídy pro stavovou strukturu přesným obsahem, který je nutný pro definování stavu souboru.

Objekt systému souborů uchovává informaci 514 o koherenci rychlé vyrovnávací paměti. Tato informace je používána k zajiš-16tění konsistence mezi informací, kterou obsahuje rychlá vyrovnávací paměť a serverem nebo replikami serveru. Seznam 516 seznamů pro ovládání přístupu (access control list - ACL) definuje práva pro přístup a modifikaci k systému souborů v souladu s IEEE POSIX (R) standardem. Další příznaková informace je udržována v 518. Je uchováván stav 520 instalace svazku dat stejně tak jako ukazatel na předchůdce a informace 524 o prioritě. Každý objekt systému souborů má přidělenu prioritu, která je používána, když je určováno, který objekt bude vymazán, aby se vytvořil prostor pro nové objekty.

Přístup k datům v systému souborů je prováděn pomocí ukazatele 526 na soubor/adresář/symlink. Tento ukazatel dává přístup ke třem rozdílným typům objektů rychlé vyrovnávací paměti v závislosti na typu objektu systému souborů. Objekt systému souborů pro datový soubor bude mít ukazatel na soubor 540 v rychlé vyrovnávací paměti, který sám ukazuje na kopii lokálního datového souboru, který je součástí lokálního systému souborů 420. Adresářový ukazatel ukazuje na adresář 542, který je v rychlé vyrovnávací paměti. Adresář 542, který je v rychlé vyrovnávací paměti, je vytvořen na základě agresivního schéma vytváření rychlé vyrovnávací paměti. Kdykoliv je pro určitý adresář požadována informace, která jej popisuje, odpověď zahrnuje tento adresář a jeho bezprostřední následníky. Tím je snížen počet dotazů na informaci, která není v rychlé vyrovnávací paměti, neboť je velmi pravděpodobněme bezprostředně po dotazu na daný adresář bude následovat dotaz na jeden nebo více jeho následníků. Rychlá vyrovnávací paměť adresářů obsahuje informaci pro analýzu úplného jména cesty, to jest zobrazení dotazu na cestu k souboru v určitém systému souborů. Nakonec ukazatel 526 může ukazovat na informaci 544 o symbolickém odkazu (link), která je uchovávána v rychlé vyrovnávací paměti. Tato

17informace v rychlé vyrovnávací paměti umožňuje analýzu symbolických odkazů.

Pro různé čítače, zámky (locks) a handle jsou k disposici příslušné položky v 528 a nakonec je ve struktuře indikátor 532 stavu “clean”. Indikátor 532 je důležitý pro práci v odpojeném stavu a je užíván pro indikaci stavu uvádění souborů do souladu.

Je důležité povšimnout si, že jméno objektu systému souborů není v datové struktuře 502 zahrnuto. To dovoluje, aby tento objekt systému souborů byl odkazován z různých množin jmen objektů aniž by došlo ke konfliktu. Každý objekt systému souborů může mít více předchůdců. Každý z předchůdců může odpovídat jiné konvenci vytváření jmen, na příklad specifikacím systému Object Management Group (OMG) nebo specifikacím AIX, OS/2 nebo dalšího operačního systému. Tak například určitý objekt systému souborů employeeJist může být dosažitelný z OS/2 jako c:\employeeJist a z AIX jako /usr/employeeJist.

Manažer 406 rychlé vyrovnávací paměti podporuje práci jak v připojeném, tak i odpojeném režimu. V připojeném režimu manažer 406 rychlé vyrovnávací paměti uspokojuje požadavky na systém souborů z rychlé vyrovnávací paměti nebo, pokud je to nutné, pomocí vzdáleného přístupu k souborům. V odpojeném režimu manažer rychlé vyrovnávací paměti uspokojuje požadavky z rychlé vyrovnávací paměti a udržuje modifikační záznam 546 všech modifikací v systému souborů.

Jedna z implementací manažeru rychlé vyrovnávací paměti podle předkládaného vynálezu je znázorněna na obr. 6. Toto provedení je určeno pro použití v operačním systému IBM OS/2. Požadavky na systém souborů jsou systémem vydávány jako “doscall” příkazy 602. Všechny požadavky na systém souborů

-18jsou obsluhovány systémem souborů IFS. Instalované systémy souborů mohou zahrnovat například systém souborů FAT 606, společný DOS systémům nebo systém souborů OS/2 HPFS 608. V prostředí sítě LAN se objevuje LAN Requester 610 jako další systém souborů ve kterém je přístup k souborům je předán systému LAN Server ke zpracování. Manažer rychlé vyrovnávací paměti podle předkládaného vynálezu může být instalován jako další typ 612 systému souborů. Každý požadavek na přístup ke vzdálenému systému souborů je předán manažeru 612 rychlé vyrovnávací paměti. Manažer rychlé vyrovnávací paměti testuje rychlou vyrovnávací paměť 614 (v uživatelském adresovém prostoru), aby určil, zda rychlá vyrovnávací paměť obsahuje požadovanou informaci. Jestliže tomu je tak, tato informace je předána aplikačnímu programu spolu s tím, že, je-li to nutné, jsou poskytnuta nebo modifikována data z rychlé vyrovnávací paměti, uložená v lokálním systému 606 nabo 608 soubojů.. Jestliže data ze systému souborů nejsou nalezena, požadavek^je předán na LAN Requester 610, který na základě toho vytvoří přístup k potřebným datům na LAN serveru. Když požadovaná data dorazí, jsou umístěna do rychlé vyrovnávací paměti pro příští použití.

Blokové schéma, ukazující průběh řízení programu u příkazu zápisu do souboru je ukázán na obr. 7. Ostatní příkazy systému souborů jsou implementovány obdobným způsobem. Příkaz začíná v 702 vydáním příkazu 704 zápisu do souboru. Manažer rychlé vyrovnávací Zpaměti testuje, zda je požadovaný soubor v rychlé vyrovnávací paměti 706. Je-li tomu tak, kopie souboru v rychlé vyrovnávací paměti je aktualizována 708. Dále je rychlá vyrovnávací paměť testována na to, zda svazek dat je v daný okamžik připojen 710. Stav připojení je uchováván v databázi 410 informací o svazcích dat. Je-li svazek dat připojen, změna je poslána zpět 712 k serveru a zpracování je tím ukončeno. Jestliže svazek dat není připojen, změna je zaznamenána 714 do záznamu transakcí a proces je ukončen 722.

Jestliže požadovaný soubor není v rychlé vyrovnávací paměti, manažer rychlé vyrovnávací paměti testuje, zda je požadovaný svazek dat připojen 716. Je-li připojen, soubor je vyžádán 718 od vzdáleného systému souborů, umístěn do rychlé vyrovnávací paměti a zpracování pokračuje v bodě 708. Pokud svazek dat není připojen, aplikačnímu programu je zaslán 720 signál o chybě.

Zaznamenávání modifikací (například v kroku 714) do modifikačního záznamu 546 transakcí je prováděno pomocí zaznamenávání objektů. Dotyčná doména je reprezentována třídou modifikační záznam klienta a různými třídami pro každý typ zaznamenávané transakce. Pro každý typ operace je definován různý objekt, například existují objekty pro zápis do souboru, vytvoření souboru nebo zrušení souboru. Když manažer rychlé vyrovnávací paměti zaznamená 714 změnu v odpojeném operačním režimu, je vytvořen záznamový objekt typu odpovídajícího požadované operaci (například zápis do souboru). Je vyvolán záznamový proces, který umístí objekt do záznamu. Záznamový proces zahrnuje obsahuje metodu pro komprimaci a optimalizaci záznamu pro odezvu. Záznam jednoho záznamového objektu může způsobit odstranění jiných dříve zaznamenaných objektů. Například jestliže je vytvořen soubor, který je poté zrušen, objekt popisující zrušení souboru způsobí odstranění záznamu o vytvoření souboru, všechny záznamy o modifikaci tohoto souboru a skončí svoji činnost, aniž by do záznamu transakcí byl umístěn záznam o zrušení souboru. Tento systém zaručuje, že synchronizace rychlé vyrovnávací paměti se vzdáleným systémem souborů ve fázi uvádění systémů souborů do souladu proběhne rychle a efektivně. Rozumné zaznamenávání

- 20objektů eliminuje nutnost zpracovávat nebo komprimovat záznam transakcí před odpovědí.

Z předchozího popisu je zřejmé, že popsané výhodné provedení předkládaného vynálezu může být různě modifikováno a měněno, aniž by došlo k odchýlení se od předmětu vynálezu. Uvedený popis je podán pouze jako ilustrace předmětu vynálezu a nelze jej chápat jako jeho omezení. Rozsah předkládaného vynálezu je omezen pouze zněním následujících patentových nároků.

Zastupuje:

JUDr. Petr Kalenský

/

V *KÁTNÍ KANCE) . A PARTNEŘI Hálkova 2 20 00 Praha 2 ^líCL-% ^! ’ l»^dd · _Gh3,\(VS,.^^d ,

QVy O_____ í

6 .*' ^{7 0} |

Náhradní strana i *,

Claims

1. Způsob správy rychlé vyrovnávací paměti (409) systémiysouborů v počítačovém systému (100) klienta, pracujícího pod prvním operačním systémem, při kterém je rychlá vyrovnávací paměť (409) systému souborů testována s cílem určit, zda požadavek (602) operačního systému k provedené jedné z operací systému souborů může být uspokojen z rychlé vyrovnávací paměti, dříve než je požadován přístup k distribuovanému systému souborů, požadavek (602) operačního systému zahrnuje požadovanou operaci systému souborů a jméno objektu systému souborů má syntax oddělovacích znaků nezávislou na operačním systému, vyznačující se tím, že zahrnuje následující kroky:

zachytávání (612) požadavků (602) operačního systému na objekt systému souborů ve vzdáleném systému (104) souborů; odstranění (612) syntaxe oddělovacích znaků jména objektu systému souborů závislé na operačním systému z uvedeného požadavku (602) tak, aby byla vytvořena reference (504,506) na objekt systému souborů;

testování rychlé vyrovnávací paměti (409) v paměťových prostředcích uvedeného klienta na přítomnost dat (502) objektu systému souborů, odpovídajících referenci (504,506) na objekt systému souborů;

uspokojení uvedeného požadavku na objekt systému souborů, pokud data (420) v rychlé vyrovnávací paměti existují; generování požadavku (615) z požadavku (602) operačního systému na uvedený objekt systému souborů z uvedeného distribuovaného systému souborů, pokud rychlá vyrovnávací paměť neobsahuje data a existuje spojení s distribuovaným systémem souborů, přičemž požadavek na objekt systému souborů zahrnuje operaci systému souborů a identifikátor (506) souboru.

i

-»_βί

----•X O Cz> r—· cx> O •θ'} o:

.1 i

Náhradní strana

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje dále následující kroky:

provedení následujících kroků kdykoliv požadavek zjistí, že neexistuje spojení (710) s distribuovaným systémem souborů (104): určení typu (704) požadavku systému souborů na základě objektu systému souborů;

vytvoření objektu (412) záznamu požadavku do záznamu transakcí pro typ požadavku systému souborů;

vyvolání metody modifikace záznamu transakcí pro zaznamenání požadavku na objekt systému souborů; a zaznamenání (714) uvedeného požadavku na objekt systému souborů do záznamu transakcí provedením záznamového optimalizačního zpracování pro uvedený typ požadavku.

3. Počítačový systém souborů obsahující rychlou vyrovnávací paměť (409) a prostředky (422) pro přístup k distribuovanému systému souborů vyznačující se tím, že: prostředky (406) rychlé vyrovnávací paměti pro uspokojování požadavků (414,416,418) operačního systému mají požadovanou operaci systému souborů a jméno objektu systému souborů v syntaxi oddělovacích znaků nezávislé na operačním systému, prostředky (409) řízení rychlé vyrovnávací paměti zachycují požadavek (602) operačního systému, odstraňují syntaxi oddělovacích znaků závislou na operačním systému, aby vytvořily referenci (504, 506) na objekt systému souborů, prostředky řízení rychlé vyrovnávací paměti mají přístup k objektu (502) systému souboru v rychlé vyrovnávací paměti pomocí reference (504, 506) na objekt systému souborů, prostředky řízení rychlé vyrovnávací paměti testují objekt (502) systému souborů aby určily, zda data v rychlé vyrovnávací paměti existují a uspokojují požadavek operačního systému z dat (420) v rychlé vyrovnávací paměti, pokud tato existují a v opačném případě prostředky říNáhradní strana zení rychlé vyrovnávací paměti generují požadavek na objekt systému souborů pro prostředky (422) pro přístup k distribuovanému systému souborů pokud spojení s distribuovaným systémem souborů existuje, přičemž požadavek na objekt systému souborů zahrnuje operaci systému souborů a identifikátor (506) souboru.

4. Systém podle nároku 3, v y z n a č u j í c í se t í m, že: zahrnuje prostředky (412) pro zaznamenávání modifikací objektů, které shromažďují informace o změnách pro každý požadavek na operační systém, zpracovávaný prostředky pro řízení rychlé vyrovnávání paměti, kdykoliv prostředky rychlé vyrovnávání paměti jsou odpojeny od serveru (112) objektu systému souborů. '