lustre文件系统简介
集群文件系统lustre的介绍及应用
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Ｓ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ ＹＩＦ Ｒ ＴＯ Ｃ Ｅ Ｃ ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｎ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ
２１年 ０２
第５ 期
集群文件 系统 ｌｓ ｅ ｕｔ 的介绍及应用 ｒ
马 艳军 吕 爽 刘 一谦
ｆ 四川 省气 象信 息 中心 四川
【 摘
成都
６ ７ ） １０ １ ０
【 关键词 】 集群文件 系统 ；ｕ ｅＭＤ ； Ｓ ｄ ｄ Ｌｓ ； ＳＯ Ｔ； ｂ ￣ ｒ
Ｉ ｔ ｏ ｃ ｉ ｎ ａ ｄ Ａｐ ｉａｔ ｎ ｏ ｕｓｅ ｌ ｓｅ Ｌｕｓｒ ｎ ｒ ｄｕ ｔｏ ｎ ｐｌ ｉ ｆ Ｃｌ ｔ ｒ Ｆｉ Ｓｙ ｔ ｍ ｃ ｏ ｅ ｔｅ
ＭＡ ｎ ｊｎ Ｌ ｈ ａ ｇ Ｌ Ｕ Ｙｉｑａ Ｙａ －ｕ Ｖ Ｓ ｕ ｎ Ｉ — ｉｎ （ｉｈ ａ ｅｅ ｒｌｇｃｌ ｎｏｍａｉｎＣ ｎｒ， ｈ ｎ ｄ ｉ ｕ ｎ，１ ０ １ Ｓｃ ｕ ｎＭ ｔｏｏｏ ｉａ ｆｒ ｔ ｅ ｔｅ Ｃ ｅ ｇ ｕＳｃ ａ ６ ０７ ） Ｉｓｒ ｅ ｙｔｍ ａｃｉ ｃｕｅａｄ ｏｅａ ｏａ ｍ ｃａ ｉ ｆｔｅｌｓｅ ｃ ｓｅ ｌ ｙｔｍ ａ ｄｄｂ ．Ｌ ｓ ｅｃ ｓｅ ｌ Ａｂ ｔａｔ１ｌ ａ ｅ ｅｃ ｂ ｓｓｓ ｒｈｔ ｔｒ ｎ ｐ ｒｔ ｎ ｌ ｅｈｎｓ ｏ ｕｔ ｌ ｔｒｆｅｓｓ ｎ ｒｄ ｕｔ ｌ ｔｒｆｅ Ｉ ｉ ｉ ｅ ｅ ｉ ｍ ｈ ｒ ｕ ｉ ｅ ｒ ｕ ｉ
lusture 构架讲解
Lustre架构深度解析：原理、设计与应用**摘要**本文将对Lustre架构进行深入的分析和讲解。
从基本的定义和背景出发，逐步深入到其工作原理、设计考虑和应用领域，最后对其前景进行展望。
**一、引言**随着大数据时代的到来，传统的数据处理和分析手段逐渐显得力不从心。
在这样的背景下，Lustre架构应运而生。
它针对海量数据的处理、存储和分析进行了优化，为现代数据中心提供了一个高效、稳定的解决方案。
**二、Lustre架构概述**Lustre，是一个大规模的、集群的文件系统。
它被设计为满足高性能计算（HPC）环境中对数据的巨大需求，同时也可以应用于其他需要大量数据存储和处理的场景。
**三、工作原理**1. **文件系统结构**：Lustre的文件系统结构是分布式的，由元数据服务器（MDS）和对象存储服务器（OSS）组成。
MDS负责管理和维护文件系统的元数据，而OSS则负责实际数据的存储和检索。
2. **数据流程**：当客户端需要读取或写入文件时，它首先会与MDS交互，获取文件的元数据。
然后，客户端将根据这些元数据与相应的OSS交互，完成数据的读取或写入。
3. **并行处理**：Lustre支持并行I/O处理，这意味着多个客户端可以同时读取或写入同一个文件，大大提高了系统的整体性能。
**四、设计考虑**1. **高性能**：Lustre架构从设计之初就瞄准了高性能。
无论是元数据服务还是实际的数据存储，都采用了高性能的硬件和网络设备，确保系统能够在短时间内处理大量的数据请求。
2. **可扩展性**：随着数据的不断增长，系统需要有能力进行扩展。
Lustre架构支持在线扩展，可以在不中断服务的情况下增加存储容量和处理能力。
3. **容错性**：对于关键任务应用，数据的完整性和可用性至关重要。
Lustre提供了冗余和故障转移机制，确保在硬件故障时数据不会丢失，服务不会中断。
**五、应用领域**1. **高性能计算（HPC）**：HPC是对计算能力和数据吞吐量有巨大需求的领域。
lustre读流程 -回复
lustre读流程-回复Lustre是一个高性能并行分布式文件系统，专门设计用于大规模计算集群环境。
本文将详细介绍Lustre的读流程，从请求到数据传输的每个步骤，并解释每个步骤的重要性。
Lustre读流程可以分为以下几个步骤：1. 发起读请求：当一个应用程序需要从Lustre文件系统中读取数据时，它会向文件系统发起读取数据的请求。
这个请求包含了需要读取的文件、读取的偏移量和长度等信息。
2. 客户端认证：在Lustre中，客户端必须经过认证才能访问文件系统。
认证是通过客户端和Metadata Server之间的交互实现的。
在读取数据之前，客户端会向Metadata Server发送一个认证请求，包含客户端的身份和权限信息。
3. 元数据定位：一旦客户端通过认证，它将向Metadata Server发送一个元数据定位请求，以确定所需数据的位置。
Metadata Server维护着文件系统的元数据信息，包括文件和目录的层次结构，以及文件块在物理存储设备上的位置。
4. 数据位置定位：在接收到元数据的位置信息后，客户端将使用这些信息来定位包含所需数据的存储设备。
数据可能被分布在多个存储设备上，称为数据存储单元（Data Storage Unit，简称DSU）。
5. 数据访问权限检查：在向存储设备请求数据之前，客户端需要进行数据访问权限检查。
这是为了确保客户端有权访问所需的数据。
如果客户端没有相应的权限，访问请求将被拒绝。
6. 数据传输：一旦通过权限检查，客户端将与存储设备建立数据传输通道。
数据传输可能涉及多个存储设备，客户端将以并行方式从不同的存储设备中读取数据。
数据传输的性能主要取决于网络传输带宽和存储设备的响应速度。
7. 数据重组和交付：当所有数据被读取到客户端的缓冲区中后，Lustre 将对数据进行重组，以恢复原始的文件数据顺序。
这个过程被称为数据交付。
8. 数据缓存和应用程序交互：一旦数据交付完成，客户端可能会将数据缓存在本地内存中（视具体配置而定），以便后续的读取操作可以更快地访问数据。
lustre集群文件系统及性能介绍
30个线程
50个线程 100个线程
8724/8720
8928/8888 9179/9179
7132/32
7794/7794 8009/8009
3810/3808
4733/4733 5905/5905
10个进程 30个线程
7000/7000
8340/8340
5940/5940
三、性能测试结果
响应时间性能测试数据：
Lustre缺点 1、需要并且只能在linux部署lustre内核，软件部署 与linux操作系统绑定的比较紧密；
2、节点间故障切换要依赖于第三方的心跳技术，如
linux自带的heartbeat软件包
3、目前只能写一份数据，无法依靠lustre实现数据
镜像。
三、性能测试结果
测试内容：
本次测试的内容包括性能测试和故障切换 1. 性能测试主要测试集群文件系统的I/O读写性能效率 2. 故障切换主要测试集群文件系统在网络或系统失效情况下
Client
目录操作，文件开打/ 关闭，元数据，并发 操作 文件内容 ，IO及文 件锁
MDS
恢复，文件 状态和文件 创建
OSS
二、lustre的优缺点
lustre优点
提供数据共享和并行访问能力； 扩展性强：可以在线扩充系统总存储容量及通过增加节点 数扩充网络访问带宽； 适用范围广：在I/O级和数据吞吐率方面能满足全行内系统 均衡灵活的上传、下载文件；
的切换机制。
测试目标：
测试指标包括以下内容：不同文件系统下的tibco消息中间 件存储性能及系统命令工具的磁盘读写性能，系统CPU、 内存、IO等待数据、I/O idle比率等；模拟lustre故障切换
Lustre文件系统
✓ 文件元数据
文件数据分配布局策略 – (本地文件系统)
数据 数据
数据块
数据
. . . 块号码
块分配 基于块,分配器尝试分配
顺序块 Ext2
一级索引 二级索引 三级索引
. . . 块号码
范围(extent)分配 基于范围分配,
描述: 逻辑偏移/长度/物理偏移三元组 B+ 树
VxFS, JFS, reiserfs, xFS…
CMD --元数据分配方法
➢ Lustre结合了目前目录子树分区法和哈希法 的优点，提出了一种管理元数据的混合方法
创建新目录时总是通过哈希法选择一个与父目 录不同的元数据服务器
当一个目录变得很大或者非常繁忙时，Lustre 通过目录分割策略将该目录拆分成由若干个不 同的元数据服务器管理的子目录
Write (obj 2)
OST 2
OST 3
Achieve parallel Bandwidth to all OST’s
Odd blocks, even blocks
Lustre文件系统数据分布布局
➢ 由于Lustre采用了数据和元数据分离的基于 对象存储的体系结构，下面将从这两个方面 分别讨论Lustre数据的分布布局：
File open & write
Lustre Client
Linux VFS Lustre client FS
LOV
OSC OSC
1
3
MDC
Meta-data Server
File open request File meta-data Inode A (obj1, obj2)
MDS
Write (obj 1) OST 1
Lustre文件系统的性能优化研究
Microcomputer Applications V ol.27,No.5,2011设计与研究微型电脑应用2011年第27卷第5期3文章编号：1007-757X(2011)05-0031-03Lustre 文件系统的性能优化研究王博，李先国，张晓摘要：为了进一步推动Lustre 在海量存储系统中的应用，在分析其系统结构和数据存储分发机制的基础上，研究如何更全面的优化配置Lustre 。
结合具体实验环境，首先对比不同网络传输性能对Lustre 文件系统的影响；其次深入剖析Lustre 自身结构的特点，制定优化策略，同时针对不同的客户端配置也进行了测试优化研究。
最后，根据实验结果进一步明确并扩充了影响Lustre 文件系统性能的因素，提出一种整体优化Lustre 的方案。
关键词：Lustre ；文件系统；海量存储系统；性能优化；中图分类号：TP311文献标志码：A0引言随着海量存储对于容量和可扩展性要求的不断提高，传统的网络化存储架构，已经不能满足大规模数据存储的需要。
NAS [1]（Network Attached Storage ）系统操作简单、管理方便，但受它所采用的单个服务器的结构限制，其所能承载的容量有限，可扩展性较差；SAN [2]（Storage Area Network ）系统一般采用光纤通道（Fibre Channel ）交换设备将存储设备与应用服务器连接起来，数据传输性能较高，可扩展性较好，但由于SAN 仅提供块级数据的服务，无法在多个平台之间进行资源共享。
针对传统网络存储存在的不足，基于对象的存储框架应运而生[3]，它结合了NAS 和SAN 的优点，既支持直接访问磁盘提高性能，又可以通过共享的文件和元数据简化管理。
目前，主流的文件系统包括Cluster File Systems 公司的Lustre [4]，Panasas 公司的ActiveScale 以及中国科学院开发的蓝鲸文件系统。
分布式文件系统luster&MogileFS对比测试
群集文件系统测试介绍分布式文件系统能给用户带来更高的性能、扩展性和可用性，那么构建一个高性能的分布式文件系统又该从何处入手呢？基于Infiniband技术构建Lustre的实例可以让你见识到分布式文件系统的强大性能。
存储系统对于高性能计算平台的性能有重要的影响。
很多关键应用，如天气预报、洋流模拟等都有很高的I/O 吞吐量。
分布式文件系统以其高可靠性、高可扩展性、高性能和高性价比成为高性能计算平台存储系统的首选。
Lustre：该系统是sun公司收购的开源分布式文件系统。
在sun的网站有专门的页面，介绍比较完整，有用户手册和支持文档。
Sun和一些其他公司的存储解决方案均使用该系统。
关键词：→Infiniband 由Mellanox公司提出，是一种新的I/O总线技术，用于取代目前的PCI总线。
→Lustre 它是一个开放源码的基于对象存储的高性能分布式文件系统，由Cluster File System(CFS)公司研发。
→Portals 来源于Sandia大学的Puma轻量内核项目，主要用于高性能的消息传递。
Lustre作为新一代的基于对象的分布式文件系统，同一般的分布式文件系统，如NFS、GFS、PVFS等相比，具有独特的优势：●针对大文件读写进行优化，可以提供高性能的I/O；●数据独立存储；●服务和网络失效的快速恢复；●基于意图的分布式锁管理；●融合了传统分布式文件系统（如AFS和Locus CFS）的特色和传统共享存储集群文件系统（如Zebra、Berkeley XFS、GPFS、Calypso、InfiniFile 和GFS）的设计思想，具有更加有效的数据管理机制；●全局数据共享；●基于对象存储，使存储更具智能化；●系统可快速配置。
网络技术直接影响分布式文件系统的性能。
Infiniband作为一种新的网络类型，其低延迟、高带宽的特点可以为分布式文件系统提供良好的网络支持，提高结点间的通信速度，从而提升整个文件系统的性能。
lustre使用手册
lustre使用手册Lustre使用手册本手册旨在详细介绍Lustre文件系统的使用方法和功能。
下面将逐步介绍Lustre的安装、配置、常见操作以及附加功能。
1.Lustre的安装a) 安装依赖项：在安装Lustre之前，需要确保系统中安装了相应的依赖项，例如：- 块存储设备（例如硬盘）及其文件系统- Networking （NFS）服务器- Open Network Computing Remote Procedure Call（ONC RPC）- Linux内核模块- RPC映射器服务（portmap）b) 获取Lustre软件包：从官方网站Lustre软件包，并确保软件版本和适用的操作系统相匹配。
c) 安装Lustre软件包：按照软件包提供的说明和文档进行安装。
2.Lustre的配置a) 创建Meta数据服务：使用Lustre提供的工具在系统中创建Meta数据服务，设置其属性和权限。
b) 创建Object存储服务：同样，使用Lustre提供的工具在系统中创建Object存储服务，设置其属性和权限。
c) 创建Lustre文件系统：在Meta数据服务和Object存储服务创建成功后，使用Lustre工具创建Lustre文件系统，并进行必要的配置。
3.Lustre的常见操作a) 文件和目录操作：包括创建文件和目录、删除文件和目录、复制和移动文件等。
b) 权限管理：涵盖给用户和组分配权限、更改文件和目录权限、查看权限等。
c) 文件系统监控：介绍如何监控Lustre文件系统的使用情况、性能和健康状态，并提供相应的工具和命令。
d) 快照和回滚：讲解如何创建Lustre文件系统的快照以及如何回滚到先前的快照。
e) 数据迁移与备份：介绍数据迁移和备份的方法和工具。
4.Lustre的附加功能a) 对象存储功能：详细介绍Lustre的对象存储功能，并说明如何在Lustre文件系统中使用对象存储。
b) 安全特性：讲解Lustre的安全特性，例如数据加密、身份认证和访问控制等。
Lustre IO性能特点与最佳实践
Lustre I/O性能特点与最佳实践1 Lustre概述Lustre是面向集群的存储架构，它是基于Linux平台的开源集群（并行）文件系统，提供与POSIX兼容的文件系统接口。
Lustre两个最大特征是高扩展性和高性能，能够支持数万客户端系统、PB级存储容量、数百GB的聚合I/O吞吐量。
Lustre是Scale-Out存储架构，借助强大的横向扩展能力，通过增加服务器即可方便扩展系统总存储容量和性能。
Lustre的集群和并行架构，非常适合众多客户端并发进行大文件读写的场合，但目前对于小文件应用非常不适用，尤其是海量小文件应用LOSF（Lots Of Small Files）。
Lustre广泛应用于各种环境，目前部署最多的为高性能计算HPC，世界超级计算机TOP 10中的70%，TOP 30中的50%，TOP 100中的40%均部署了Lustre。
另外，Lustre在石油、天然气、制造、富媒体、金融等行业领域也被大量部署应用。
2 Lustre StripeLustre采用对象存储技术，将大文件分片并以类似RAID0的方式分散存储在多个OST上，一个文件对应多个OST上的对象。
Lustre系统中，每个文件对应MDT上的一个元数据文件，inode以扩展属性记录了数据分片布局信息，包括stripe_count（对象数）, stripe_size （分片大小）, stripe_offset（起始OST）以及每个OST对象信息。
当客户数据端访问文件时，首先从MDS请求文件元数据并获得分片布局信息（stripe layout），然后直接与多个OST同时交互进行并发读写。
Lustre这种数据分片策略，提高了多用户访问的并发度和聚合I/O带宽，这是Lustre获得高性能的主要因素。
再者，Stripe还能够使得Lustre可以存储超大文件，突破单一OST对文件大小的限制。
当然，数据分片策略同时也会带来负面影响，比如增加系统负载和数据风险。
分布式文件系统MFS、Ceph、GlusterFS、Lustre的比较
文件被分片，每个 文件被分片，数据 数据块是一个对象 块保存在不同的存 。对象保存在不同 储服务器上。 的存储服务器上。
AFR相当于RAID1，每个文件都被 复制到多个存储节点上。Stripe相 当于RAID0，文件被分片，数据被 条带化到各个存储节点上。 Translators可以组合，即AFR和 stripe可以组成RAID10，实现高 性能和高可用。
可增加存储节点，提 高容量可文件操作性 能，但是由于不能增 加MDS，因此元数 据操作性能不能提 高，是整个系统的瓶 颈。 复杂。而且Lustre严 重依赖内核，需要重 新编译内核。 C
大文件读写
大文件读写
重型 HPC领域。
很成熟、很庞大。
故障恢复
手动恢复 增加存储服务器， 可以提高容量和文 件操作性能。但是 由于不能增加 MDS，因此元数 据操作性能不能提 高，是整个系统的 瓶颈。 简单 C
扩展性
容量可扩展。
安装/部署 开发语言
简单 C++
简单 C 适合大文件。
适合场景
大量小文件读写
小文件
适合场景
大量小文件读写
小文件
对于小文件，无元数据服务设计解 决了元数据的问题。但GlusterFS 并没有在I/O方面作优化，在存储 服务器底层文件系统上仍然是大量 小文件，本地文件系统元数据访问 是瓶颈，数据分布和并行性也无法 充分发挥作用。因此，GlusterFS 的小文件性能还存在很大优化空间 。 中型 较多用户使用 无元数据服务器，堆栈式架构(基 本功能模块可以进行堆栈式组合， 实现强大功能)。具有线性横向扩 展能力。 由于没有元数据服务器，因此增加 了客户端的负载，占用相当的CPU 和内存。 但遍历文件目录时，则实现较为复 杂和低效，需要搜索所有的存储节 点。因此不建议使用较深的路径。
lustre
Lustre File System 【转载】历史Lustre是HP，Intel，Cluster File System公司联合美国能源部开发的Linux 集群并行文件系统。
它来源于卡耐基梅隆大学的NASD项目研究工作。
Lustre文件系统2003年推出了1.0版，目前已经推出了1.4.7的发布版本。
Lustre在美国能源部(U.S.Department of Energy：DOE)、Lawrence Livermore 国家实验室，Los Alamos国家实验室，Sandia 国家实验室，Pacific Northwest 国家实验室的高性能计算系统中已得到了初步的应用，IBM正在研制的Blue Gene 系统也将采用Lustre文件系统实现其高性能存储。
HP公司的“StorageWorks Scalable File Share”（HP SFS，可扩展文件共享），是首款采用Lustre技术的商业化产品。
作为首个开源的基于对象存储设备的分布式并行文件系统，Lustre可以说是性能优异，并被越来越广泛的应用。
系统架构图1 Lustre的系统架构Lustre 是一个透明的全局文件系统，客户端可以透明地访问集群文件系统中的数据，而无需知道这些数据的实际存储位置。
其结构如图1所示，Lustre由客户端，两个MDS（一个运行，一个备份）和OST设备池，通过高速的以太网或QWS Net（QUALCOMM Wireless Systems）所构成。
Lustre最多可以支持多达10000个客户端；两个MDS采用共享存储设备的Active－Standby方式的容错机制；存储设备跟普通的，基于块的IDE存储设备不同，是基于对象的智能存储设备。
客户端在需要访问文件系统的文件数据时，先访问MDS，获取文件相关的元数据信息，然后就直接和相关的OST通信，取得文件的实际数据。
客户端通过网络读取服务器上的数据，存储服务器负责实际文件系统的读写操作以及存储设备的连接，元数据服务器负责文件系统目录结构、文件权限和文件的扩展属性以及维护整个文件系统的数据一致性和响应客户端的请求。
lustre读流程 -回复
lustre读流程-回复读流程(Lustre)是一种高性能并行文件系统，广泛应用于大规模计算机集群及高性能计算环境中。
它的设计目标是提供高吞吐量和低延迟的I/O性能，同时支持大规模数据集和并行文件访问。
本文将逐步解析Lustre的读流程，从文件访问到数据传输的全过程。
一、文件访问在Lustre中，文件被分割为多个大小相等的对象，称为对象存储(restripe)文件。
这些对象存储文件存储在不同的服务器上，形成一个分布式存储系统。
当应用程序需要读取文件时，会启动一个客户端进程，该进程将负责与服务端节点进行通信，以完成文件读取操作。
1. 客户端请求：应用程序想要读取某个文件时，它会向Lustre系统发送一个读取请求。
这个请求包含了文件的元数据信息（如文件名、文件大小、访问权限等）以及读取的起始位置和长度。
2. 文件查找：客户端收到读取请求后，首先会根据文件名和路径进行文件查找。
在Lustre中，这个查找过程通过MDS（Metadata Server）来完成。
MDS是Lustre的元数据服务器，负责维护文件系统中的元数据信息。
3. 权限检查：在文件查找的过程中，MDS会验证客户端是否有权限访问该文件。
如果客户端没有足够的权限，则会返回错误信息，否则，权限检查通过，继续进行下一步操作。
4. 查找对象存储文件：如果权限检查通过，MDS将根据文件的元数据信息查找该文件的对象存储文件在服务端的位置。
MDS会返回一个或多个存储该文件对象的OST（Object Storage Target）的地址。
5. 打开文件：客户端根据OST的地址，选择一个可用的OST作为I/O目标，并向该OST发送打开文件的请求。
OST是Lustre的存储服务器，负责存储和处理文件数据。
二、数据传输经过文件访问的步骤后，客户端已经获得了所需文件的对象存储文件的位置信息，并成功地打开了该文件。
接下来，数据传输过程将涉及多个节点之间的数据交互。
lustre源码解析
lustre源码解析
Lustre软件是一款具备高性能的分布式文件系统，可以将多台服务器上的存储聚合在一起，以构建巨大的存储池。
Lustre的架构非常简单，它使用远程存储节点（OSS）和客
户端（MDS/MDT）之间的层次结构来存放文件。
在这种结构中，远程存储节点（OSS）负责存储用户数据，而客户端（MDS/MDT）则负
责维护文件元数据（文件名，文件大小等）。
当客户端需要访问字节级的文件时，客户端
首先访问MDS/MDT，获取文件的元数据，然后再将数据传递给OST，完成下载。
除了存取架构之外，Lustre还提供了一种双缓存机制，目的是为了降低文件I/O时的争用。
双缓存系统实现了数据的本地缓存技术和远程缓存技术。
当一个客户端首次访问某
个文件时，它首先会从远程OSS存储服务器上读取文件的元数据并将其复制到本地缓存中，然后从OSS下载文件的实体数据并将其复制到远程缓存。
在后续访问中，系统会首先读取
本地缓存区中的元数据，然后再从远程缓存服务器中读取相应的实体数据，在将文件传输
到客户端前就可以结束访问过程。
另外，Lustre还提供了一个可用于存放密钥的安全组件，允许用户在跨服务器之间共享文件，有效保证了这些文件的安全性，此外，Lustre也支持数据备份，避免数据出错或遗失。
总之，Lustre架构非常实用，可以提供高性能、可靠和安全的分布式文件访问服务。
lustre文件系统简介
Lustre文件系统逻辑结构
• 客户端节点的Llite模块主要 提供与支持标准可移植 POSIX语法的linux的VFS层 相兼容的接口；
• 逻辑对象卷LOV模块主要通 过其下层的对象存储客户 端OSC为Llite提供对象存储 的API接口；
• 元数据客户端MDC模块主
Lustre的分布式锁管理者(LDLM)
• 意图锁：用于文件元数据的访问，通过执 行锁的意图减少元数据访问所需的消息传 递次数，从而减少每次操作的延迟
• 范围锁：保护细粒度的文件数据并发访问， 为所有用户提供一致性的文件系视图
Lustre客户端缓存机制
• Lustre在客户端的内存空间开辟一段缓存区， 客户端把首次访问的文件对象保存在自己 的高速缓存中，尽量减少与服务器的交互 次数，从而降低网络开销。
储集群，不需要专门的硬件支持 • 支持大多数高速网络类型 • 高吞吐量、高扩展性和高性能 • 有效的数据管理机制、全局数据共享、失
效替代和系统可快速配置等功能
Lustre文件系统体系结构
• 元数据服务器 MDS(Meta Data Server) • 对象存储服务器 OSS(Object Storage Server) • 客户端(Client) • 元数据目标设备MDT(Meta Data Target) • 对象存储目标设备 OST(Object storage Target) • 连接这些组件的高速网络
Lustre文件系统逻辑结构
• OST模块主要将来自客户端的请求 进行分发，其中的数据请求交给 OBDfilter模块处理；
• OBDfilter模块主要实现Lustre和其运 行平台的高效通信，结合ldiskfs可 以提供应用层一般的文件操作接口
Lustre详解
Lustre详解Lustre是一个大规模并行分布式文件系统，一般用于大规模集群计算。
名称Lustre是一个混成词来自L inux和CL USTER。
[1]可根据GNU GPL的，该项目提供了一个高性能的文件系统数万集群节点与PB级的存储容量。
Lustre文件系统的使用范围从小型工作组集群，以大规模，多站点集群计算机集群。
排名前30位的超级计算机在世界上使用Lustre文件系统，包括世界上最快的的15个，K电脑Top500超级计算机。
[ 2]Lustre文件系统，可以支持数万客户端系统，几十PB的存储和数以百计的每秒千兆字节（GB / S）的I / O吞吐量（ PBS）。
由于Lustre的高可扩展性，如互联网服务提供商，金融机构，以及石油和天然气行业部署Lustre文件系统在其数据中心的企业。
[3 ]历史Lustre文件系统架构的开发作为一个研究项目于1999年由Peter Braam，是一个高级系统科学家在卡耐基梅隆大学。
Braam去发现自己的公司集群文件系统，在2003年发布的Lustre 1.0。
2007年，Sun微系统收购集群文件系统公司[4][5]包括与Sun的意图带来的Lustre技术的好处，其高性能的硬件产品的Lustre ，ZFS文件系统和Solaris操作系统。
2008年11月，Braam离开Sun微系统的工作在另一个文件系统，离开Lustre的架构和开发的主管埃里克巴顿和安德烈亚斯狄杰。
甲骨文公司在2010年，其2010年收购Sun的方式，开始管理和发布的Lustre。
2010年4月，甲骨文公司宣布，它会限制支付新的Lustre 2.0部署到Oracle硬件，或经批准的第三方供应商提供的硬件支持。
[6]Lustre保持在GPL许可下提供给所有用户，和现有的Lustre 1.8的客户将继续从甲骨文的支持。
在2010年12月，甲骨文公司宣布停止Lustre的发展。
Lustre的1.8版本，放到维护只支持[7]围绕创建文件系统的未来发展的不确定性。
Lustre文件系统
体系结构--Lustre文件系统I/O结构
ห้องสมุดไป่ตู้ 体系结构--Lustre文件系统I/O结构
➢ 文件系统组成:
✓ 客户端(CFS, Client File System) ✓ 对象存储服务器（OST，Object Storage Target） ✓ 元数据服务器（MDS，MetaData Server）
➢ 文件数据被分成大小固定的若干个分带，按 照一定的条带模式分布存储在几个OST的存 储对象中
➢ 文件的分带大小,存储对象数目，分带模式对 应的OST索引等定位信息都作为数据分布布 局属性对象保存在元数据对象的inode的扩 展属性中
Network Stripping
➢ 结合文件分带技术,将文件数据分成若干个固 定大小的分带以某种RAID模式冗余的分布存 储在多个OST的存储对象中
JOIN File (cont’)
➢ 文件可以根据大小变化动态的增加或减少数据分布属性 对象
➢ 突破了文件大小的限制, 理论上它可以占有整个系统所 有OST对象存储设备的空间。
➢ 连接文件优点就是数据迁移的代价相对较低，迁移策略 灵活
✓ 大的存储对象可分裂成多个小的存储对象 ✓ 文件数据范围连续的较小存储对象可进行合并 ✓ 灵活的文件数据分布策略：对于小文件采用RAID1镜像
一般采用了文件数据与元数据分离存储 的机制, 通过条带化技术将传统文件的数 据分解存储到存储对象中
文件元数据则保存在元数据对象中，并 具有一个全局唯一的对象标识以及一些 文件属性信息
背景——采用对象存储概念设计的分布式集 群文件系统
Storage Tank OBFS Panasas Luster 类似的还有 ✓ BrainStor ✓ OBSS 比较成功的, 商业化的: Storage Tank，Lustre，Panasas
Lustre1.6 分布式文件系统集群使用手册.
Lustre1.6分布式文件系统集群使用手册第一部分体系结构第一章Lustre集群1.1什么是lustre？lustre是一个高性能，多网卡，容错，POSIX标准的linux集群网络文件系统。
lustre的关键特征：●能够在运行在一个大的网络结构上●更有效率的文件并发通路锁●一个服务器节点报错的重建的failover功能●为可扩展的数据通路提供分布式文件对象句柄Lustre是一种纯软件式，开源的文件集群系统，他为快速的网络提供了本地硬盘，他能够后使用看起来像块状设备的一些存储媒介。
1.2 lustre 软件Lustre软件由三个相互影响的软件部分组成：●Linux kernel patchLustre对linux内核进行了重要更改以提高他的性能，一些已打过补丁的kernel也能在我们的网站上下载。
另外，Lustre client也能在没有修改过kernel上运行。
●Lustre 模块Lustre 内核模块提供了文件系统的server及client●用户空间效用配置需要一些用户空间和启动/停掉lustre server或client1.3 Lustre 组成部分一个Lustre文件系统包括四个主要部分●Management Server●Meta Data Target （MDT）●Object Storage Targets （OSTs）●Lusetre ClientsLustre clients 提供了lustre文件系统的远程通路。
这个文件系统是由OST提供文件内容，MDT提供文件元数据（目录结构，文件大小等等）。
一个独立的lustre文件系统可能有多个osts，每台ost提供文件数据存储的一部分。
值得注意的是：一个文件和一台ost并不是一对一的关系，为了性能，一个文件可能被分割存储在许多ost上，每台mdt和ost可以可以用failover 提供备份存储接口来避免它宕机造成的节点错误。
mdt,ost,client能过同时运行在一个节点上，不过比较好的做法是让mdt运行在单独的一台节点上，两台，或者更多的ost也运行在单独的存储节点上，client可以挂载在任何节点上。
lustre_exporter采集指标
lustre_exporter采集指标【最新版】目录1.lustre_exporter 简介2.lustre_exporter 采集指标的概念3.lustre_exporter 采集指标的方法4.lustre_exporter 采集指标的应用场景5.总结正文1.lustre_exporter 简介lustre_exporter 是一个用于收集、监控和导出 Lustre 文件系统数据的工具。
Lustre 文件系统是一种高性能的文件系统，广泛应用于高性能计算、机器学习和大数据等领域。
lustre_exporter 可以帮助用户实时了解 Lustre 文件系统的运行状况，从而为用户提供更好的系统性能和稳定性。
2.lustre_exporter 采集指标的概念lustre_exporter 采集指标是指 lustre_exporter 从 Lustre 文件系统中收集的各种数据，如文件系统的挂载点、文件元数据、访问权限、空间使用情况等。
这些指标可以帮助用户了解 Lustre 文件系统的运行状况，从而为用户提供更好的系统性能和稳定性。
3.lustre_exporter 采集指标的方法lustre_exporter 采集指标主要通过以下几种方法：（1）系统调用：lustre_exporter 可以通过系统调用直接获取 Lustre 文件系统的各种数据。
例如，可以通过系统调用获取文件系统的挂载点、文件元数据、访问权限等信息。
（2）脚本：lustre_exporter 可以通过编写脚本来定期收集 Lustre 文件系统的各种数据。
例如，可以编写一个脚本来定期获取文件系统的空间使用情况。
（3）命令行工具：lustre_exporter 还可以通过命令行工具来收集 Lustre 文件系统的各种数据。
例如，可以使用命令行工具获取文件系统的访问权限等信息。
4.lustre_exporter 采集指标的应用场景lustre_exporter 采集指标的应用场景包括：（1）系统监控：通过对 Lustre 文件系统的各种指标进行实时监控，可以及时发现系统性能瓶颈和潜在问题，从而提高系统的稳定性和性能。
高性能计算中的并行文件系统介绍(五)
高性能计算中的并行文件系统介绍在现代科学和工程领域，高性能计算已经成为一项重要的技术。
随着数据量的不断增加和计算任务的复杂化，如何有效地管理和存储大规模数据成为了一个亟待解决的问题。
而并行文件系统正是应运而生的，它能够提供高速的数据访问和大规模数据存储的解决方案。
一、什么是并行文件系统？并行文件系统（Parallel File System）是一种用于处理高性能计算所需的大规模数据存储和访问的技术。
与传统的文件系统相比，它能够支持多个计算节点同时访问和操作文件，以满足对存储和计算的高性能要求。
并行文件系统通常由多个存储节点和计算节点组成，每个存储节点和计算节点都具有独立的存储和计算能力。
二、并行文件系统的特点1. 高性能：并行文件系统能够提供高速的数据访问和传输速率，支持大规模数据存储和处理。
通过将数据划分为多个块，并将这些块分布在不同的存储节点上，可以实现数据的并行写入和读取，提高了文件系统的性能。
2. 可扩展性：由于并行文件系统能够将数据分布在多个存储节点上，因此它具有良好的可扩展性。
随着计算和存储需求的增加，可以通过增加存储节点和计算节点来扩展并行文件系统的性能和容量。
3. 可靠性：为了保证数据的可靠性和可恢复性，现代的并行文件系统通常采用了冗余机制，通过在不同的存储节点上保存多份数据的备份来防止数据的丢失。
当某个存储节点发生故障时，系统可以自动地从备份中恢复数据。
4. 并发支持：并行文件系统支持多个计算节点同时访问和操作文件，可以满足并行计算的需求。
它通过细粒度的锁机制和优化的并发策略来实现对文件的并发读写和访问控制，提高了多任务并行计算的效率。
三、常见的并行文件系统1. Lustre：Lustre是一种开源的并行文件系统，由Sun公司和Cray公司共同开发。
它广泛应用于一些大规模科学计算中心和超级计算机上。
Lustre具有高扩展性和高性能的特点，能够支持PB级的数据存储和海量文件访问。
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lustre文件系统简介•分布式文件系统主要分为三大类：-网络文件系统（瓶颈在存储服务器端）
・NFS、Coda、Sprite LFS
-存储区域网文件系统（瓶颈在元数据服务器）・GPFS
-基于对象的分布式文件系统
・Lustre> Google File System和HDFS
什么是Lustre
•基于对象存储的分布式文件系统
•基于廉价的SATA磁盘驱动器构建超大规模存储集群，不需要专门的硬件支持
•支持大多数高速网络类型
•高吞吐量、高扩展性和高性能
•有效的数据管理机制、全局数据共享、失效替代和系统可快速配置等功能
Lustre文件系统体系结构
•兀数据服务器MDS(Meta Data Server)
•对象存储服务器OSS(Object Storage Server) •客户端(Client)
•元数据目标设备MDT(Meta Data Target)
•对象存储目标设备OST(Object storage Target) •连接这些组件的高速网络
Metadata Server (MDS)
Target (MDT)
Ob)ed Storage
Servers (OSS)
Object Storage
largets (OST)
元数据服务器MDS
•负责元数据服务，同时管理整个文件系统的命名空间
•多个MDS之间共享访问一个MDT
•每个MDT保存文件元数据对象，例如文件名称、目录结构和访问权限等
• Client通过MDS读取到保存于MDT上的元数据
OSS 和Client
•OSS负责客户端和物理存储之间的交互及数据的存储，向外提供数据的I/O接口
•每个OSS管理一个或者多个OST,存储文件数据
•Client通过OSS访问保存在OST上的文件数据•Client挂载了Lustre文件系统的任意节点，实现了可移植POSIX文件系统接口
•用户通过client可以透明的访问整个文件系统时数据
•客户端与MDS之间进行元数据的•客户端与OSS之间进行文件数交互、目录管理、文件的打开和据的交互，包括文件I/O锁操作
关闭、并发访问控制等。
和数据的读写等。
MDS
Lustre文件系统逻辑结构
LNET责将这些信息送到实际的网络传输线路中
PTR-RPC负责处理三部分之间的RPC 请求与应答
MDS模块将客户端请求进行分发元数据请求交由日志模块Journal处理，记录元数据操作日志将元数据操作由Fsfilt wrapper模块记录在后端存储端
锁请求交由Ldlm处理，获得文件的意图锁
Fsflit定义了一个一般性API,从而将Lustre特有的请求翻译为后端文件系统特有的请求
OSS
•OST模块主要将来自客户端的请求进行
分发，其中的数据请求交给OBDfilter
模块处理；
•OBDfilter模块主要实现Lustre和其运
行平台的高效通信，结合Idiskfs可以
提供应用层一般的文件操作接口
• Idiskfs是Linux ext3和ext4文件系统
的超集，用在服务器端，作为底层的
本地文件系统
•锁请求交由分布式锁管理器Ldlm处理,
获得文件的范围锁
Lustre文件系统逻辑结构
・客户端节点的Llite模块主要提供与支持
标准可移植POSIX语法的linux的VFS层相兼
容的接口；
・逻辑对象卷LOV模块主要通过其下层的对
象存储客户端OSC为Llite提供对象存储的
API接口；
・元数据客户端MDC模块主要被Llite用来
与元数据服务器进行通信，为用户提供与各
个元数据服务器进行命名空间操作交互的元
数据对象API接口；
・OSC模块主要用来与对象存储设备进行文
件数据I/O以及锁服务的交互，每一个OSC
都对应一个OST
Lustre文件系统逻辑结构
Lustre的分布式锁管理者(LDLM) •意图锁：用于文件元数据的访问，通过执行锁的意图减少元数据访问所需的消息传递次数，从而减少每次操作的延迟
•范围锁：保护细粒度的文件数据并发访问, 为所有用户提供一致性的文件系视图
Lustre客户端缓存机制
・Lustre在客户端的内存空间开辟一段缓存区，客户端把首次访问的文件对象保存在自己的高速缓存中, 尽量减少与服务器的交互次数，从而降低网络开销。
•客户端执行文件读取操作时
-1.向MDS发送元数据请求，获得元数据信息，并保存到
客户端本地的高速缓存中；
-2•客户端与相应的OST建立连接，将实际的文件数据读
入高速缓存，应用程序再从高速缓存中执行文件读取操
作。
VTS
Rertiote MDS
Lustre客户端缓存一致性问题
图4.1并发写引发的数据不一致图4.2读•写•读引发的数据不一致
致性问题解决方法
・并发写造成的不一致：
-采用分布式锁管理机制LDLM,通过对元数据加意图锁, 对数
据加范围锁，保证元数据并发操作的一致性
-对长期占有锁资源的进程，采用锁回调callback机制释放
锁资源
・读写读造成的不一致：
-客户端对本地已经缓存过的文件进行再次访问时，仍需要
与MDS进行一次交互获得最新的元数据信息，之后再和本地缓存的元数据信息进行比对
-如果一致就从本地缓存中读取文件数据，否则就与相应的
OST建立连接重新获取文件数据
备份服务器Failover
・Lustre系统中的每个节点(MDS/OST)—般都可以配置备份服务器
・两个服务器采用共享磁盘存储的方式来存放数据・当服务器或网络连接发生失效时，就会导致客户端数
据访问超时，客户端会查询备份服务器的数据・得到信息后，立即将后续的请求重定向到备份服务器
图4高能所Lustre部署图
高能所的Lustre部署有四个特点：
・（1）元数据服务器MDS分为主从，但是无法在线备份和容错；• （2）米用万兆以太网；
・（3）没有采用分片存储，一个文件仅存储在一个OST上；
・（4）存储设备采用廉价的SATA盘，通过RAID6实现数据可靠性。