Linux集群应用的新挑战

核心提示： 在NAS存储结构中，存储系统不再通过I/O总线附属于某个特定的服务器或客户机，Linux集群应用的新挑战(3)，而是通过网络接口与网络直接相连，集群节点通过网络协议（如TCP/IP）对共享数据进行访问（如图2所示），就能够为数以百计的客户端提供高容量的总带宽，简而言之，然而，当集群变得庞大

在NAS存储结构中，存储系统不再通过I/O总线附属于某个特定的服务器或客户机，而是通过网络接口与网络直接相连，集群节点通过网络协议（如TCP/IP）对共享数据进行访问（如图2所示）。

然而，当集群变得庞大时，这些结构都存在着严重的缺陷。面对众多集群计算应用系统的高并发性和单节点高吞吐需求，无论是SAN还是NAS结构都显得力不从心。由于这两方面的局限，在实际应用中，人们不得不采用数据“搬家”的策略。首先将数据从共享存储系统搬到计算节点上进行处理，处理结束后，再将计算结果从计算节点搬回共享存储系统。在大规模的集群系统上，很多应用程序为了这样的搬家需要花费几个小时甚至更多时间。

一个新兴的标准：基于对象的存储

对众多的集群计算用户来说，一种基于对象的存储技术正作为构建大规模存储系统的基础而悄然兴起。它利用现有的处理技术、网络技术和存储组件，可以通过一种简单便利的方式来获得前所未有的可扩展性和高吞吐量。

这种体系结构的核心是对象，对象是容纳了应用数据和一个可扩展的存储属性的基本容器。传统的文件被分解为一系列存储对象，并分发到一个或多个 “智能磁盘”上，这种磁盘被称为基于对象的存储设备（OSD，Object-based Storage Devices）。每一个OSD具备本地处理功能、用于数据和属性缓存的本地内存和本地的网络连接。OSD构成了分布式存储结构的核心，它将许多传统的存储分配行为从文件系统层转移，从而解决了当前存储系统的一个瓶颈问题。

对象属性包括了安全信息和使用状况统计信息，这些信息被用于基于安全认证的访问、服务质量控制，以及为实现OSD间负载均衡所需的数据动态分配。对象存储技术采用了和集群计算系统类似的可扩展结构，当存储容量增加时，它提供的均衡模型能够保证网络带宽和处理能力也同步增长，从而确保系统的可扩展性。

存储网络工业协会（SNIA）和T10标准技术委员会中的联合技术小组正在制定一个关于OSD的标准。标准包括了一个针对iSCSI协议的命令集，它在原有的SCSI命令集中增添了对象扩展功能。同时，对象规范和命令集的制定促使了一种新的智能存储设备的出现，这种智能存储设备可以集成到基于 IP的、高性能、大规模并行存储环境中去。目前多个业内领先的存储设备公司都参与了这项工作，其中包括EMC、惠普、IBM、Intel、希捷及 Veritas软件公司等。

共享存储的实现

对象存储结构提供了新一代网络存储系统的基础。在新兴的应用中，它和一种可扩展的、为应用程序提供文件系统接口的元数据管理层结合在一起。这一层负责管理诸如目录隶属关系和文件所有权限这样的信息。它同样负责将跨OSD的存储对象（每个存储对象是文件的一部分）联接成一个文件，以确保数据的可靠和可用。集群节点向这一层提出请求，例如打开或关闭文件，通过认证后，接受它能够访问OSD所必需的信息，此后集群节点可以直接对文件进行读写操作，而和元数据管理层无关。

对象存储结构作为可扩展集群文件系统的一部分被实现后，就能够为数以百计的客户端提供高容量的总带宽。简而言之，对象存储技术可以为高性能Linux集群系统提供高性价比的共享存储。