[发明专利]一种网络文件系统实时化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增强网络文件系统实时性的方法。

背景技术

网络文件系统(NFS，Network File System)最早由Sun公司研制，用于在Unix环境下提供对本地文件系统远程访问的能力。由于该技术得到了广泛使用，自NFS v.2后，NFS v.3、NFS v.4和NFS v.4.1版本均已成为RFC标准规定的协议(RFC，Request for Comments)，被Linux、Unix等操作系统广泛采用。遵循NFS协议的实现称为网络文件系统。

NFS协议适用于网络远程文件访问应用中，属于OSI网络七层体系结构中的表示层，可为客户端提供对远程主机文件系统访问的封装。其中，NFS客户端为上层应用提供远程文件访问接口，提供open、read、write等文件操作，并将这些操作转换为UDP协议数据包发送到服务器端。服务器端监听网络并将客户端发送来的请求解析后，调用NFS服务器端系统的底层文件系统接口执行实际的文件访问，并将访问结果通过UDP协议打包后返回给NFS客户端。NFS客户端在接收到返回的结果后，将结果提交给发出远程文件访问请求的上层进程。

附图1给出了现有网络文件系统的基本原理。图中所示的现有的网络文件系统的请求/响应架构模型中，上层应用进程向客户端服务任务发出文件访问请求，客户端将请求以UDP报文的形式发送到服务器端，并等待返回结果。服务器端监听相应的网络端口，并以先来先服务的顺序将请求分配给RPC线程池中的线程(即按请求到达顺序依次进行处理)。线程池中的线程读取请求并进行解码，执行相应文件系统操作后，将结果打包为UDP报文后返回给客户端。客户端收到请求结果后返回给应用进程，结束本次请求。

从以上论述中不难看出，现有的网络文件系统对实时性缺少必要的支持。具体表现在以下几个方面；

第一，现有NFS协议不支持对实时特性或QoS的定量描述，无法为不同应用的文件访问服务提供必要的时间约束信息和服务质量保证。

第二，客户端没有提供流量控制机制，无法控制每个应用的可用带宽，不能解决不同应用间各自文件访问数据流的相互隔离，无法保证正常实时数据流不会受到故障端节点和网络节点所产生的异常数据流的影响。

第三，服务器端不仅缺少实时性描述参数的支持，也无法直接在RPC(远程过程调用，Remote Procedure Call)和线程池机制上直接实现实时调度。

另一方面，随着存储容量的不断增大和物理系统/信息系统融合程度的不断提高，在嵌入式应用和流媒体应用中越来越多的视频、图像数据和其他传感器数据的存储和访问均对网络文件系统的实时性提出了明确要求。

与发明申请相关的网络文件系统文献如下：国内发明“面向UDP协议的NFS流控方法”(发明申请号200910312057.4，申请公布号CN 101741747A)中提出了使用发包阈值和丢包重发的方法调整请求发送速率，防止导致网络拥塞或服务器过载。本发明申请提出的客户端流控是针对数据流的定量流控，在方法上与上述发明有着显著不同。此外，本发明在服务器端也进行了改造，在NFS服务器端加入了请求调度器，对到达NFS服务器的不同数据流的请求进行实时调度。上述发明没有采用类似技术。在用途方面，本发明以保障各数据流实时性为目标，并可用于避免因节点或其上层应用故障导致的超量数据流影响其他正常应用实时文件访问。因此，该发明与本发明并不相同不同。此外，2009年Johns Hopkins大学的Alexandros Batsakis等在FAST国际会议上发表的论文“CA-NFS：A Congestion-Aware Network File System”也介绍了一种网络文件系统中的拥塞避免机制。但该文是通过调整NFS客户端、服务器的缓冲管理策略和在线竞标方法实现QoS的(在线竞标方法用于在分布式的NFS客户端、NFS服务器间交换负载信息)。该文所提技术不能对网络文件系统提供定量的QoS或实时性调控能力，因此只能在宏观上为不同业务要求的存储访问提供资源保障，没有解决本文前面提出的实时化所面临的几主要问题。因此该方法也无法满足实时性对性能、资源参数的精确控制要求。