JP5671615B2 - マップリデュース即時分散ファイルシステム - Google Patents
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Description
図3は、コンテナ位置データベース(CLDB)301およびクラスタノード302、304を有する分散ファイルシステム203の構造を示すブロック概略図である。各クラスタノードは1つ以上の記憶プール303、305を含む。各記憶プールは0以上のコンテナ309、312を含んでもよい。データはiノード、例えば306、308、310、311を用いてコンテナ内に構成される。コンテナは各複製チェーンごとに、マスタとして指定された1つのコンテナ、例えばコンテナ306によって他のクラスタノードに複製される。CLDBは各コンテナがどこに位置するかについての情報を保持する。CLDBはいくつかの重複するサーバに保持され、CLDB内のデータ自身が、よく知られているコンテナ内のiノードとして記憶される。
分散ファイルシステムのコンテナは複製の単位である。コンテナ位置データベース(CLDB)は、コンテナ内でデータの複製として動作するようにポリシーの制約を合致させる必要がある程度に多くのノードを割り当てる。複製は、しかしながら、ノードに可能な限り多くの故障が重なってもなお存続しなければならない。このために用いられる1つの戦略は、CLDBに、各コンテナに関するすべてのトランザクションを制御するマスタノードにそのコンテナを割り当てさせることである。加えて、CLDBは複製を保持するノードのチェーンを指定する。複製の1つが故障するかマスタCLDBノードから分離された場合、それは複製チェーンから取り除かれる。マスタが故障するか分離された場合、新しいマスタが指定される。複製チェーンから取り外された後に復帰した任意のノードは、ノードが復帰する際にチェーンがなおも別の複製を必要とする場合、複製チェーンの最後に挿入される。ノードがすばやく復帰した場合、問題のコンテナを複製する新しいノードが指定されていることはおそらくないため、チェーンはなおも複製を必要とする。ノードが長時間にわたって故障していた場合、その間に、CLDBはチェーン内で代替となる他のノードを指定している可能性が高い。
分散ファイルシステムにおけるデータは最終的にブロックアドレッシング可能なデータ記憶に記憶される。このデータ記憶は、ディスクまたはフラッシュメモリシステム全体またはそれらのいずれかのパーティションを示すブロック装置であってもよい。これらのデータ記憶は、Linux ext3ファイルシステムなどの、従来のファイルシステム内に記憶された個々のファイルであってもよい。この最も低いレベルにおいては、重要なことのすべては、各データ記憶が比較的小さい、固定されたサイズのブロックのデータをランダムに読み書きすることをサポートすることである。本明細書に記載されたシステムにおいて、これらのブロックは通常は8キロバイトであるが、当業者はその他の理に適ったブロックサイズを選択可能であることを理解するであろう。選択されたサイズは、大きなデータ記憶をより少ないビットでアドレッシングすることを可能にするのに十分大きいが、平均的な予想されるファイルサイズの一部であるほど十分小さい。それらが実際にどのように記憶されているかにかかわらず、最も一般的な使用の場合には、ファイル記憶がハードディスク全体にわたる単一のパーティションを表すブロック装置からなることとなるから、これらのデータ記憶はファイルシステム内でディスクとみなされる。
記憶プール内のバイトよりも高い抽象化レベルにおいて、分散ファイルシステムはコンテナと見なされるオブジェクトを有する。コンテナ内のすべての構造はiノードとして知られるデータ構造によって記述される。図6は、特定のコンテナにおいてiノード601と呼ばれるFID(ファイル識別子)606を示すブロック概略図である。iノードのすべての形態はある共通の構造を有する。この実施例におけるiノード601は、所有者、許可、親FID、オブジェクトのタイプ、およびサイズを含むオブジェクトの種々の特徴を記述する属性602を含むコンポジットデータ構造である。オブジェクトのタイプはローカルファイル、チャンクファイル(chunked file)、ディレクトリ、キー値記憶、シンボリックリンク、またはボリュームマウントポイント、そしてその他の可能性もありうる。iノードはまた、オブジェクト内の最初の64キロバイトのデータを含む8つのディスクブロックへのポインタ603も含む。これらのポインタのそれぞれはポインタ603と共に記憶された関連するコピーオンライトビットを有する。iノード601はまた、間接的なデータへの参照604も含む。ローカルファイルの場合には、この参照604は、B+木に関するコピーオンライトビットと共にオブジェクトデータを含む該B+木へのポインタであってもよい。チャンクファイルの場合には、参照604はFIDマップと呼ばれるローカルファイルを指してもよく、FIDマップは、ファイルのコンテンツを含む他のコンテナ内のローカルファイルを参照するFIDを含む。iノードのこの実施形態における参照はB木またはFIDマップのいずれかを参照することができるが、両方を参照することはない。両方の種類の参照が同時に用いられる他の実施形態が可能である。シンボリックリンクおよびボリュームマウントは、iノードの直接のデータブロック内の文字列データとして参照されるファイルまたはボリュームの名前を記憶する。チャンクファイルの内部構造は以下に記載される。iノード601はまた、iノードから参照される任意の構造に関する最新のバージョン番号のキャッシュ605も含む。このバージョン番号は複製およびミラーリングにおいて用いられる。iノード606への参照はFIDと呼ばれ、コンテナID、iノード番号、および、iノードが異なる目的のために再使用される場合であってもFIDのコンテンツを一意的にするように選ばれた整数から構成される。
第一級のマップリデュースシステムは、あるファイルが単なるコンテナよりも大きくなることを要求し、ファイルが単なるコンテナの複製チェーンによって表現されるノードの組よりも多数のノード上に広がることを要求するため、単なるコンテナ複製は分散ファイルシステムにとって不十分である。分散ファイルシステムにおけるファイルチャンクはこの要求を満足するために用いられるが、ファイルチャンク上の非常に細かい(full atomic)更新または追加のサポートにはマルチコンテナトランザクションが必要である。最も単純な場合には、ファイルチャンクおよびオリジナルのiノードが協調的に更新されなければならない。より複雑な場合には、オリジナルのiノードおよび複数のファイルチャンクがともに更新されなければならない。
分散トランザクションの1つの特に重要な形態は、多数のコンテナにまたがるディレクトリおよびファイルを含むファイルシステムボリュームのスナップショットの生成である。これは従来のファイルシステムでは困難であり、通常は分散アップデートを避けることによって(例えばAFS)、あるいは集中型ロッキングプロトコルを用いることによって(例えばGFS)実装される。複製の欠如は、シングルポイントの故障が多く、大きなクラスタにおいて性能が低いシステムをもたらす。集中型ロッキングプロトコルは性能を限定し、特に高速度でのファイル生成に関して限定する。また、性能に深刻な影響を与えることなくアクティブなファイルシステム上で分散スナップショットを作成することを非常に困難にする。ここで開示された分散ファイルシステムにおいて、分散トランザクションおよびコンテナスナップショットは、性能に大きな影響を与えることなく、また、大規模分散データ構造のロッキングを必要とすることなく、分散スナップショットを実装するために用いられる。
分散ファイルシステムは、トークンまたは他の状態に基づく機構をロックする必要なしに、読み書きアクセスを提供する。このことは、ランダムな更新および読み込みが、クラスタ内の任意のノードまたは、クラスタ内のコンピュータへの自由なアクセスを有する任意のコンピュータから起こることを意味する。
Claims (20)
- 各コンテナが、ファイルとディレクトリメタデータとファイルコンテンツデータを格納している複数のコンテナであって、
ファイルコンテンツデータへの参照が、コンテナのメタデータとデータが格納されているノードのサブセットに格納されていて、かつ
コンテナのデータとメタデータが、トポロジー的なソートにより更新順序を読取ることが可能となるように配置されている、
複数のコンテナと、
当該複数のコンテナのそれぞれがどこに配置されているかについての情報を維持するように構成されたコンテナ位置データベース(CLDB)と、
各クラスタノードが1つ以上の記憶プールを含み、各記憶プールがゼロ個以上のコンテナを含む、複数のクラスタノードと、
前記コンテナ内で、1つ以上のディスクブロック内にある1つ以上のデータ構造を構成するための複数のiノードと、を含み、
同じ記憶プール内にある2つ以上のコンテナが、同じディスクブロック内にあるデータ構造を参照するように構成可能である、
マップリデュース互換可能な分散ファイルシステム。 - 前記コンテナが、各複製チェーンに関するマスタとして指定された1つのコンテナと共に他のクラスタノードに複製される、請求項1に記載の分散ファイルシステム。
- 前記CLDBが複数の余分なサーバによって維持され、CLDB内のデータ自体が、よく知られているコンテナ内のiノードとして記憶されている、請求項1に記載の分散ファイルシステム。
- CLDBノードが、前記コンテナのすべてに関する情報を少なくとも含むデータベースを維持するように構成され、前記コンテナのすべてに関する前記情報が、
コンテナの複製を有するノード、および
各コンテナに関する複製チェーンの順番である、
請求項3に記載の分散ファイルシステム。 - 前記CLDBが、各コンテナに関するすべてのトランザクションを制御するマスタノードに該コンテナを割り当てる、
前記CLDBが、複製を保持するノードのチェーンを指定する、
前記複製の1つが故障するかマスタCLDBノードから分離された場合、それは複製チェーンから取り除かれる、
マスタが故障するか分離された場合、新しいマスタが指定される、
複製チェーンから取り除かれた後で復帰した任意のノードは、ノードが復帰したときにチェーンがまだ別の複製チェーンを必要とする場合には、複製チェーンの最後に再挿入される、
第1の所定の期間内にノードが復帰した場合、問題となっているコンテナを複製する新しいノードが指定されることはなく、チェーンはなお複製チェーンを必要とする、
第2の、より長い所定の期間内にノードが故障した場合、CLDBはチェーン内に位置を占める他のノードを指定することができる、
のいずれかに従うポリシー制約に前記CLDBが合致するように、コンテナ内のデータの複製としてノードを割り当てるように前記CLDBが構成される、請求項1に記載の分散ファイルシステム。 - コンテナマスタがトランザクション的に複製チェーンの更新を制御するように構成される、請求項5に記載の分散ファイルシステム。
- すべてのiノードデータ構造および間接データB木が、トランザクションを失ったコンテナ複製の更新を容易にするバージョン番号を有する、請求項1に記載の分散ファイルシステム。
- データが分散ファイルシステム内の、ディスク全体、フラッシュメモリシステム、それらのいずれかのパーティション、および従来のファイルシステムに記憶された個々のファイル、のいずれかを表すブロック装置を含む複数のブロックアドレス可能なデータ記憶装置上に記憶され、
各データ記憶装置が、比較的小さい、固定サイズのブロックのデータのランダムな読み書きをサポートする、
請求項1に記載の分散ファイルシステム。 - 前記各記憶プールが、
前記記憶プール内のいくつかのよく知られた位置に複製されるスーパーブロック内にそれぞれが記憶された、複数のビットマップ空間、複数のログ空間、およびコンテナディスクオフセットへのCIDのマップを含み、
前記ビットマップ空間は、前記記憶プールに関する複数のブロック割り当てビットマップへのポインタを含み、
前記ログ空間は、前記記憶プールに関するトランザクションログを記憶するために用いられる前記記憶プールの部分へのポインタを含み、
ディスクオフセットへのコンテナID(CID)の前記マップは、前記記憶プール内のディスクオフセットを発見するようにコンテナIDを検索する機構を含む、
請求項1に記載の分散ファイルシステム。 - 各FIDが特定のコンテナ内のiノードを参照し、各FIDがコンテナID、iノード番号、およびiノードが異なる目的で再使用されてもFIDのコンテンツを一意的にするように選ばれた整数を含む、複数のファイル識別子(FID)をさらに含む、
請求項1に記載の分散ファイルシステム。 - 複数のコンテナのそれぞれがどこに配置されているかについての情報を維持するように構成されたコンテナ位置データベース(CLDB)と、
各クラスタノードが1つ以上の記憶プールを含み、各記憶プールがゼロ個以上のコンテナを含む、複数のクラスタノードと、
前記コンテナ内で、1つ以上のディスクブロック内にある1つ以上のデータ構造を構成するための複数のiノードと、を含み、
同じ記憶プール内にある2つ以上のコンテナが、同じディスクブロック内にあるデータ構造を参照するように構成可能である、
マップリデュース互換可能な分散ファイルシステムであって、
各iノードが、
所有者、許可、親FID、オブジェクトのタイプ、およびサイズを含む各オブジェクトの種々の特徴を記述する属性を含むコンポジットデータ構造をさらに含み、
オブジェクトのタイプはローカルファイル、チャンクファイル、ディレクトリ、キー値記憶、シンボリックリンク、またはボリュームマウントポイントのいずれかを含み、
前記iノードはさらに、オブジェクト内のデータのバイトの最初の組を含むディスクブロックへのポインタを含み、
前記ポインタのそれぞれは、前記ポインタと共に記憶された関連するコピーオンライトビットを含み、
前記iノードはさらに、間接的なデータへの参照を含み、該参照は、ローカルファイルの場合には、B+木に関するコピーオンライトビットと共にオブジェクトデータを含む該B+木へのポインタを含むことができ、チャンクファイルの場合には、ファイルのコンテンツを含む他のコンテナ内のローカルファイルを参照するFIDを含むFIDマップと呼ばれるローカルファイルへのポインタを含み、
前記iノードはiノードから参照される任意の構造に関する最新のバージョン番号のキャッシュをさらに含み、
前記バージョン番号は複製およびミラーリングにおいて用いられるように構成される、
マップリデュース互換可能な分散ファイルシステム。 - 前記チャンクファイルが、多くのコンテナ内に記憶されたチャンクからなるファイルを含み、各チャンクはローカルファイルおよび、これらのローカルファイルへの参照の列へとつながるチャンクファイルiノードからの参照として表される、請求項11に記載の分散ファイルシステム。
- 前記シンボリックリンクが、ファイルの名前を含み任意の分散ファイルシステムオブジェクトを指示可能なローカルファイルとして記憶される、請求項11に記載の分散ファイルシステム。
- ボリュームマウントが、マウントされるボリュームの名前を含むローカルファイルとして記憶される、請求項11に記載の分散ファイルシステム。
- 前記分散ファイルシステムが読み書きアクセスファイルシステムとして構成され、ランダムな更新および読み込みが、クラスタ内の任意のノードから、および/または、クラスタ内の他の装置への自由なアクセスを有する任意の装置から起こる、請求項1に記載の分散ファイルシステム。
- 前記分散型ファイルシステムがステートレスなアクセスのために構成される、請求項1に記載の分散ファイルシステム。
- 少なくとも1つのNFSゲートウェイをさらに含み、
前記分散型ファイルシステムがNFSネットワークプロトコルを介してのアクセスのために構成される、
請求項16に記載の分散ファイルシステム。 - 複数のNFSゲートウェイと、
調整サーバによって前記NFSゲートウェイが、どの前記NFSゲートウェイがどのIPアドレスをホスティングするかを協調的に決定する、前記調整サーバと、
をさらに含む、請求項17に記載の分散ファイルシステム。 - すべてのNFSサーバが分散ファイルシステム内のすべてのファイルにアクセス可能な、請求項18に記載の分散ファイルシステム。
- 分散ファイルシステムを介してアクセスされるすべてのファイル名が、共通のプレフィックスで始まり、その後にクラスタ名および前記クラスタ内のファイル名が続き、
前記NFSゲートウェイは、各アクセス可能なクラスタに対応するバーチャルファイルを、前記共通のプレフィックスに関連づけられたトップレベルバーチャルディレクトリに表示させるように構成される、
請求項18に記載の分散ファイルシステム。
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