TWI436215B - 分散式檔案系統及其使用的備份位置決策方法 - Google Patents

分散式檔案系統及其使用的備份位置決策方法 Download PDF

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Description

分散式檔案系統及其使用的備份位置決策方法
本發明係有關於分散式檔案系統，尤其更有關於在分散式檔案系統中，決定備份檔案的儲存位置之方法。
分散式檔案系統(Distributed File System，DFS)能讓系統管理者簡化使用者對分散在網路中的檔案的存取，利用分散式檔案系統，可令分散在多個伺服器上的多個檔案整合起來，對使用者來說，該些檔案如同儲存於網路上的同一個位置中。使用者在存取該些檔案時，不需要了解該些檔案的實際儲存位置，即能同時對該些檔案進行存取，相當便利。
在一個分散式檔案系統中，通常係具有複數的網路交換機(Switch)，並且每一個網路交換機分別連接多台伺服器，藉此，將多台伺服器規劃並整合為一個獨立的大型系統。使用者只要連接至該系統，即可對該系統下的各該伺服器中的該些檔案進行存取，不需要知道各該伺服器的實際位址及連接狀況。
一般而言，為了提高該些檔案的安全性，致使該些檔案不會因為伺服器的損壞而遺失，分散式檔案系統通常會使用檔案複製服務(File Replication Service,FRS)來為每一份檔案自動產生至少一份的備份檔案(Replica，或稱為複本)。
分散式檔案系統在建立備份檔案時，通常係經由演算法隨機得出一個伺服器，或由管理者設定一設定檔來選定 一個伺服器，以將該備份檔案儲存至該伺服器中。並且一般來說，儲存該備份檔案的伺服器，係相異於儲存該原始檔案的伺服器。藉此，當儲存原始檔案的伺服器損壞時，分散式檔案系統可直接變更使用者的讀取路徑，令使用者連接至另一個伺服器以讀取該備份檔案。對於使用者來說，完全不會發現伺服器損壞，亦不會知道其所讀取的是原始檔案或是備份檔案，對使用者來說相當便利。
然而，除了伺服器以外，用以連接伺服器的網路交換機亦可能會因各種原因而損壞，當一網路交換機損壞時，該網路交換機底下連接的多個伺服器將同時無法存取。舉例來說，若一原始檔案儲存於一第一伺服器中，而該原始檔案的備份檔案儲存於一第二伺服器中，並且該第一伺服器及該第二伺服器同時連接於一第一網路交換機，則當該第一網路交換機損壞時，該第一伺服器及該第二伺服器同時無法被存取，如此一來，該原始檔案及該備份檔案同時無法被讀取，該備份檔案的建立即失去了意義。
為防止上述情形發生，市場上的分散式檔案系統，通常係通過額外的軟體或硬體來建立保護機制，保護各個網路交換機不會輕易發生故障，或是在故障發生的第一時間發出警訊，以通知系統管理者盡快處理。惟，一個分散式檔案系統中實具有多個網路交換機，若每一個網路交換機皆設置額外的機制來做保護，則其維護成本將會相當的可觀。
有鑑於上述之問題，市場上實應提供一種新穎的機制，令分散式檔案系統在儲存備份檔案時，能夠自動選擇一個最佳、最安全的儲存位置，以確保在網路交換機損壞的情況下，使用者還是能夠讀取到原始檔案或備份檔案的其中之一。並且，不必為網路交換機增設額外的保護機制，藉以降低系統的設置成本。
本發明之主要目的，在於提供一種分散式檔案系統的備份位置決策方法，係可確保分散式檔案系統架構下的一網路交換機損壞，造成該網路交換機底下的多個伺服器無法被存取時，不會產生原始檔案與備份檔案同時無法被讀取的問題。
為達上述目的，本發明係提供一分散式檔案系統，主要由複數網路交換機及複數伺服器所構成，每一伺服器分別連接其中一網路交換機上的一個連接埠，藉以使用該連接埠被分配之網路協定(Internet Protocol,IP)位址。當分散式檔案系統為一原始檔案產生至少一份備份檔案時，係根據各伺服器所使用的IP位址來判定各伺服器的實體連接位置，藉以將備份檔案儲存至與原始檔案所在位置不同之伺服器，並且確保用以儲存原始檔案之伺服器，與用以儲存備份檔案之伺服器係連接不同的網路交換機。
本發明對照先前技術所能達成之功效在於，通過各個伺服器所使用的IP位址，可以判斷出各個伺服器係實體連接至哪一個網路交換機上的哪一個連接埠。如此一來， 當分散式檔案系統產生至少一份備份檔案並且要儲存時，可以由系統自動篩選用來儲存該備份檔案的伺服器。藉此，確保儲存備份檔案的伺服器，與儲存原始檔案之伺服器係連接至不同的網路交換機。這樣的優點在於，當分散式檔案系統中的其中之一網路交換機損壞，造成該網路交換機底下的多台伺服器無法被存取時，不會有原始檔案與備份檔案同時無法被讀取的情況發生。是以，無論是伺服器損壞，或是網路交換機損壞而造成底下的多台伺服器無法被存取，使用者還是能夠讀取原始檔案或備份檔案的至少其中之一，不會產生完全無法取得檔案的困境。
茲就本發明之一較佳實施例，配合圖式，詳細說明如後。
首請參閱第一圖，為本發明之一較佳具體實施例之系統架構圖。如圖所示者為一分散式檔案系統的系統機櫃1，該系統機櫃1上係具有複數伺服器插槽11，各該伺服器插槽11分別供一台伺服器4插接。該系統機櫃1內部設置有複數網路交換機(如第二圖中所示的主網路交換機2、第一網路交換機31、第二網路交換機32、及第N網路交換機33等)，分別用以連接各該伺服器4，藉以，可將各該伺服器4整合成一個資料中心(data center)。
如第一圖中所示，該系統機櫃1的每一層皆劃分為至少十二個該伺服器插槽11(前後排各六個)，並且該系統機櫃1一共具有四十層，是以，一個該系統機櫃1共可容置 12*40=480個該伺服器4。然而，以上所述僅為本發明之一較佳具體實施，該系統機櫃1可視實際所需而定，設置為各種不同的形式及容量，不應加以限定。
本實施例中，該分散式檔案系統主要係採用一種兩層網路交換機(Layer2)的架構，位於底層(或稱第二層)的複數底層網路交換機3(如第二圖所示的該第一網路交換機31、該第二網路交換機32、及該第N網路交換機33)上係具有複數連接埠，並且每一個該連接埠係分別被分配一個網路協定(Internet Protocol,IP)位址。其中該IP位址可為固定IP或由動態主機設定協定(Dynamic Host Configuration Protocol,DHCP)伺服器所分配之浮動IP，並且各該IP位址一旦被分配，將不會再改變，即，該IP位址被與該連接埠綁在一起。當一個該伺服器4插入該系統機櫃1中的其中一個該伺服器插槽11時，該伺服器4即可通過該伺服器插槽11中的連接線路，連接其中一個該底層網路交換機3上的其中一個連接埠，藉此，該伺服器4可使用該連接埠被分配到的IP位址來連接網路。
然而，雖然各該底層網路交換機3上的各該連接埠被分配的IP位址是不會被改變的，但仍會視該分散式檔案系統所採用的拓樸架構(Topology)的不同而有所差異，不同的拓樸架構下的網路交換機，其會被分配到的IP位址是不同的。因此，在不知道該分散式檔案系統的拓樸架構為何的情況下，管理者實無法直接判斷各個連接埠所被分配的IP位址為何。
續請同時參閱第二圖、第三圖、及第四圖，分別為本發 明之一較佳具體實施例、另一較佳具體實施例、及又一較佳具體實施例之拓樸示意圖。第二圖所示者為一樹狀拓樸架構，本實施例中，該分散式檔案系統主要具有一個該主網路交換機2，該主網路交換機2通過其上的複數連接埠，連接複數該底層網路交換機3。並且，各該底層網路交換機3再通過其上的複數連接埠，分別連接複數的該伺服器4。(例如圖中所示，該第一網路交換機31連接伺服器411、412、413；該第二網路交換機32連接伺服器421、422、423；該第三網路交換機33連接伺服器431、432、433)。
該第二圖中，主要係以一台該主網路交換機2連接三台該底層網路交換機3為例，並且各該底層網路交換機3係分別以連接三台該伺服器4為例，然而該複數底層網路交換機3的實際數量，係視該主網路交換機2之連接埠的數量而定，而各該底層網路交換機3可分別連接多少台的該伺服器4，亦視本身的連接埠數量而定，不應加以限定。
第三圖所示者，主要係為一種埠彙聚樹狀拓樸(Tree topology with trunking)架構。埠彙聚樹狀拓樸架構係類似第二圖中所示的樹狀拓樸架構，差別在於各該底層網路交換機3係將其上的兩個或兩個以上連接埠組合成一條邏輯的路徑，藉以連接至該主網路交換機2。如此一來，可以將該些連接埠的頻寬合併，藉以增加該主網路交換機2與各該底層網路交換機3之間的傳輸頻寬。是以，通過埠彙聚樹狀拓樸架構，可以提供分散式檔案系統較佳的傳輸速度。
第四圖所示者，主要係為一種網狀拓樸(Mesh topo-logy)架構。若分散式檔案系統採用網狀拓樸架構，則需有複數個位於第一層的該主網路交換機2及複數個位於第二層的該底層網路交換機3，並且各該主網路交換機2係分別與全部的該底層網路交換機3連接，各該底層網路交換機3亦同時連接各該主網路交換機2。
如上所述，採用網狀拓樸的好處在於，通過多方的連接，可達到較高的資料傳輸效率，並且較沒有訊號衰減的問題。再者，由於第一層的各該主網路交換機2與第二層的各該底層網路交換機3皆有互相連接，因此對於管理人員而言，在維護上亦較為容易。
一般來說，為了確保檔案的安全性與穩定性，分散式檔案系統在儲存一份原始檔案時，會通過檔案複製服務(File Replication Service,FRS)功能，來產生至少一份的備份檔案(Replica)。然而在分散式檔案系統中，該備份檔案的儲存位置係相當重要，不但需要儲存在與該原始檔案所在位置不同的伺服器中，還需確保無論是各該伺服器4或各該底層網路交換機3的其中之一損壞時，都不會有該原始檔案及該備份檔案同時無法被讀取的情況發生。
本發明提出一種完善的解決方案來避免上述情況發生，主要係先得到該分散式檔案系統所採用的拓樸架構，再由該拓樸架構推算出各該伺服器4與各該底層網路交換機3之連接狀況、以及各該伺服器4所使用的IP位址為何。藉此，在選擇該備份檔案的儲存位置時，可參考各該伺 服器4與各該底層網路交換機3之連接狀況，以避免有儲存該原始檔案的伺服器，與儲存該備份檔案的伺服器係連接至同一台該底層網路交換機3的情況產生。
例如該原始檔案者儲存於該伺服器411，該備份檔案儲存於該伺服器413，而該伺服器411及413皆連接至該第一網路交換機31，於此情況下，若該第一網路交換機31損壞，則使用者將同時無法存取該伺服器411及413，即，該原始檔案及該備份檔案同時無法被讀取。是以，本發明的分散式檔案系統在選擇該備份檔案的儲存位置時，係可通過本發明的備份位置決策方法，避免將該備份檔案儲存至該第一網路交換機31底下的任一該伺服器411、412、413。
請參閱第五圖，為本發明之一較佳具體實施例之流程圖。首先，係通過一程式的執行，查找該分散式檔案系統所採用的拓樸架構(步驟S50)，藉以，得知該分散式檔案系統底下，各該底層網路交換機3與各該伺服器4之間的連接關係。值得一提的是，該程式主要可為Cisco所提出的Cisco Discovery Protocol(CDP)程式，但並不加以限定。
接著，於得知該分散式檔案系統的拓樸架構後，即可參考該拓樸架構，取得各該底層網路交換機3上的各該連接埠所被分配的IP位址(步驟S52)。最後，於該步驟S52後，將各該IP位址分別對應至與各該連接埠互相連接的各該伺服器4(步驟S54)。
步驟S54之後，系統即可得知各該伺服器4分別連接至哪一個該底層網路交換機3上的哪一個連接埠，並且還可得知各該伺服器4分別使用哪一個IP位址。接著，即依據各該伺服器4與各該IP位址的對應狀態產生一對照表，並且該對照表經過配置(Config)後，寫入該分散式檔案系統中，以做為該分散式檔案系統的一設定檔(步驟S56)。如此一來，即使各該伺服器4經過更換，該分散式檔案系統將會永遠得知更換後的各該伺服器4所使用的IP位址為何。是以，在該設定檔寫入完成後，當該分散式檔案系統為一個原始檔案產生至少一份備份檔案並且要儲存時，即可根據各該伺服器4的IP位址，或直接參考系統內部的該設定檔，來為該備份檔案決定一個最佳、最安全的儲存位置。
值得一提的是，上述該設定檔，主要係供該分散式檔案系統解讀，該分散式檔案系統的管理者無法直接觀看該設定檔的內容。並且，即使管理者手動開啟該設定檔，亦難以直接由該設定檔的內容，得知各該伺服器4與各該底層網路交換機3之間的連接關係。
是以，於步驟S56之後，系統可選擇性的產生一對應表單，並將該對應表單於其中一個該伺服器4的顯示單元(圖未標示)上顯示(步驟S58)。其中，該對應表單主要係記錄各該伺服器4所使用的IP位址經過文字化或數字化之後的內容，藉以令管理者可由肉眼直接得知各該伺服器4的IP位址為何，進而直接判斷各該伺服器4分別連接至哪一個該底層網路交換機3。然而，該步驟S58係可視該分散 式檔案系統的管理者所需而定，並不必然執行。
例如第七圖所示，為本發明之一較佳具體實施例之IP位址分配示意圖。使用者可由該分散式檔案系統的拓樸架構得知各該底層網路交換機3所被分配之IP位址為何，例如該第一網路交換機31上的各個連接埠所被分配的IP位址，其中第三碼皆為“1”；該第二網路交換機32上的各個連接埠所被分配的IP位址，其中第三碼皆為“2”；並且以此類推，該第N網路交換機33上的各個連接埠所被分配的IP位址，其中第三碼皆為“N”。如此一來，若該對應表單以文字或數字顯示該伺服器411的IP位址為“X.X.1.1”、該伺服器412的IP位址為“X.X.1.2”、該伺服器413的IP位址為“X.X.1.M”，則使用者可以從該對應表單很輕易地判斷，該三伺服器411、412、413實連接至同一台網路交換機，即該第一網路交換機31。
再例如，若該對應表單顯示該伺服器421的IP位址為“X.X.2.1”，而該伺服器432的IP位址為“X.X.N.2”，如此即表示該伺服器421及432係連接至不同的該底層網路交換機3，因此若該原始資料儲存於該伺服器421中，則該伺服器432可以被系統或管理者選擇用來儲存該備份資料。然而，以上所述的IP位址配置僅為本發明之一較佳實施例，不可加以限定。
再者，系統亦可通過該設定檔設定一套備份規則，例如，當IP位址為“X.X.1.1”的該伺服器411儲存該原始資料時，即將該備份資料儲存至IP位址為“X.X.1+1.1”，即IP位址為“X.X.2.1”的該伺服器421中；當IP位址 為“X.X.1.2”的該伺服器412儲存該原始資料時，即將該備份資料儲存至IP位址為“X.X.1+1.2”，即IP位址為“X.X.2.2”的該伺服器422中；而當IP位址為“X.X.N-1.M”的伺服器(圖未標示)儲存該原始資料時，即將該備份資料儲存至IP位址為“X.X.N.M”的該伺服器433中。然而，上述僅為本發明之一較佳備份規則，但並不以此為限。
續請參閱第六圖，為本發明之另一較佳具體實施例之流程圖。當使用者欲寫入一檔案時，該分散式檔案系統係將該檔案視為一原始檔案，並將該原始檔案儲存至其中之一該伺服器4中(步驟S60)，接著，為該原始檔案產生至少一份的該備份檔案(步驟S62)。
步驟S62後，系統係根據各該伺服器4所使用的IP位址，或直接參考該設定檔，將該備份檔案儲存至與該原始檔案的所在位置不同的另一該伺服器4中(步驟S64)。並且，系統係依據各該伺服器4的IP位址或依據該設定檔自動篩選，或是管理者依據該對應表單手動校調，以確保用以儲存該原始檔案的該伺服器4，與用以儲存該備份檔案的該伺服器4係連接至不同的該底層網路交換機3(步驟S66)。
如此一來，當該分散式檔案系統中的其中一個該伺服器4損壞，致使該原始檔案遺失時，使用者仍可讀取存在於另一個該伺服器4中的該備份檔案；而若其中一個該底層網路交換機3損壞，致使該底層網路交換機3底下的多個該伺服器4無法被存取時，因為儲存該原始檔案的伺服器 絕不會與儲存該備份檔案的伺服器連接至同一個該底層網路交換機3，因此絕不會有該原始檔案與該備份檔案同時無法被讀取的情事產生。
以上所述僅為本發明之較佳具體實例，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之範圍內，合予陳明。
1‧‧‧系統機櫃
11‧‧‧伺服器插槽
2‧‧‧主網路交換機
3‧‧‧底層網路交換機
31‧‧‧第一網路交換機
32‧‧‧第二網路交換機
33‧‧‧第N網路交換機
4、411~413、421~423、431~433‧‧‧伺服器
S50~S58‧‧‧步驟
S60~S66‧‧‧步驟
第一圖係本發明之一較佳具體實施例之系統架構圖。
第二圖係本發明之一較佳具體實施例之拓樸示意圖。
第三圖係本發明之另一較佳具體實施例之拓樸示意圖。
第四圖係本發明之又一較佳具體實施例之拓樸示意圖。
第五圖係本發明之一較佳具體實施例之流程圖。
第六圖係本發明之另一較佳具體實施例之流程圖。
第七圖係本發明之一較佳具體實施例之IP位址分配示意圖。
S60~S66‧‧‧步驟

Claims (12)

  1. 一種分散式檔案系統使用的備份位置決策方法，該分散式檔案系統具有複數底層網路交換機，各該底層網路交換機分別具有複數連接埠，並且各該連接埠分別用以連接一台伺服器，該分散式檔案系統使用的備份位置決策方法包括：a)查找該分散式檔案系統的拓樸架構；b)由該拓樸架構取得各該底層網路交換機上的各該連接埠所被分配的網路協定(Internet Protocol,IP)位址；c)將各該IP位址分別對應至與各該底層網路交換機上的各該連接埠互相連接的伺服器；d)為一原始檔案產生至少一份的備份檔案(Replica)；及e)依據各該伺服器的IP位址，儲存該至少一份的備份檔案至其中之一該伺服器中，其中用以儲存該原始檔案的該伺服器，係與用以儲存該備份檔案的該伺服器係連接至不同的該底層網路交換機。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的分散式檔案系統使用的備份位置決策方法，其中該分散式檔案系統的拓樸架構為樹狀拓樸(Tree topology)架構。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的分散式檔案系統使用的備份位置決策方法，其中該分散式檔案系統的拓樸架構為網狀拓樸(Mesh topology)架構。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的分散式檔案系統使用的備份位置決策方法，其中該分散式檔案系統的拓樸架構為埠彙 聚樹狀拓樸(Tree topology with trunking)架構。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的分散式檔案系統使用的備份位置決策方法，其中更包括一步驟f：步驟c之後，產生一對應表單，並將該對應表單顯示於其中之一該伺服器的顯示單元上，其中該對應表單係記錄各該伺服器所使用的IP位址經過文字化或數字化後的內容。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的分散式檔案系統使用的備份位置決策方法，其中更包括一步驟g：步驟c之後，依據各該伺服器與各該IP位址的對應狀態產生一對照表(Mappling Table)，並且該對照表經過配置(Config)後寫入該分散式檔案系統中，以做為該分散式檔案系統的一設定檔，該步驟e係根據該設定檔來決定該備份檔案的儲存位置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的分散式檔案系統使用的備份位置決策方法，其中該步驟a中，係通過Cisco discovery protocol(CDP)程式來查找該分散式檔案系統的拓樸架構。
  8. 一種分散式檔案系統，包括：至少一主網路交換機；複數底層網路交換機，分別與該至少一主網路交換機連接，其中各該底層網路交換機分別具有複數連接埠，並且各該連接埠分別被分配一個IP位址，其中各該IP位址一旦被分配，即分別被與各該連接埠綁在一起，不會被改變；及複數伺服器，分別連接一個該底層網路交換機上的一個該連接埠，藉以通過該連接埠被分配之該IP位址連接網路； 其中，該分散式檔案系統中儲存有至少一設定檔，該設定檔中記錄有各該伺服器與各該IP位址之對應狀態，當該分散式檔案系統為一原始檔案產生至少一份備份檔案時，係參考該設定檔以將該備份檔案儲存至其中之一該伺服器中，其中用以儲存該原始檔案的該伺服器，與用以儲存該備份資料的該伺服器係連接至不同的該底層網路交換機。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的分散式檔案系統，其中該分散式檔案系統的拓樸架構為樹狀拓樸架構。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的分散式檔案系統，其中該分散式檔案系統的拓樸架構為網狀拓樸架構。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的分散式檔案系統，其中該分散式檔案系統的拓樸架構為埠彙聚樹狀拓樸架構。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的分散式檔案系統，其中該分散式檔案系統具有一對應表單，該對應表單記錄各該伺服器所使用的IP位址經過文字化或數字化後的內容，並且該對應表單顯示於至少一個該伺服器的顯示器上。
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