[发明专利]一种扩展的基于B+树对象文件系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机存储技术，尤其是一种对象文件系统。

背景技术

信息技术的飞速发展使得信息存储应用日益简单，存储容量剧增，新一代的文件系统需要支持具有高效扩展和高效管理的高性能计算环境。传统的分布式文件系统一般包括文件管理和存储管理两个组件。文件管理组件实现的是层次管理、访问控制和命名等功能；存储管理组件是将逻辑数据结构映射到底层物理存储介质上，实现物理存储。在新一代大规模分布式存储系统中，将每个独立的存储设备分别添加存储管理组件，这样可以使得存储设备具有高效扩展性和高效管理性。 

基于对象文件系统也是采用这般模型，保存对象的存储设备被称为OSD(object-based storage devices)。OSD是一种智能设备，包括内存、处理器、存储介质、网络接口等控制部件。OSD是提供对外的访问接口来管理本地对象及对象与存储设备间的映射关系。

OSD的主要功能是数据存储和安全访问。OSD实用对象对所有的数据进行管理。它将数据存放在磁盘的磁道和扇区，将若干磁道和扇区组合起来构成对象，并通过此对象向外界提供对数据的访问。每个对象都包含有读操作、写操作等访问接口，每个对象可能包含若干的文件，也可能是某个文件的一部分，并且每个对象都是独立于操作系统的。除了具体的用户数据之外，OSD还记录了每个对象的属性信息，既有静态属性（如建立的时间等）也有动态属性（如最后的访问时间等）。根据不同的特征应用，创建者可以为对象属性设置不同的内容和大小。这些信息存放在OSD上，大大减轻了元数据服务器的负担，增强了整个存储系统的并行访问性能和可扩展性。OSD模型如图1所示。

由于存储容量的急剧增加，存储设备数量的不断增加，存储设备效率的存储管理将影响到整个系统的性能。很多基于对象存储的分布式系统中的OSD都是采用磁盘文件系统进行存储管理的。然而这些对象文件系统在以下几个问题：

首先对象文件系统没有目录层次概念，所有对象ID构成了一个巨大的平面名字空间。这会使得本地文件系统中基于目录层次信息的优化不能直接运用到OSD上。例如，本地文件系统(ext2或ext3等)通常以目录为线索对文件数据布局、缓存和预取进行有效的优化，而这些优化迁移到OSD上时变得困难。此外，巨大的平面名字空间使得对象查找需要进行新的优化。

其次，对象文件系统可能支持很多大文件。本地文件系统中多数都是小文件，因而文件的组织管理方式对中小型文件特别有效。对于大文件可能就失去了原有的高效性了。

最后在特定的上层分布式文件系统部署下，当对象存储控制器上对象文件系统负载可能有更加鲜明的分布特点，这时需要采用特殊的磁盘布局和分配策略来提高对象文件系统的性能。

发明内容

为了克服已有对象文件系统的可靠性较差、可扩展性较差、存储系统的输入输出速率和数据吞吐率较低的不足，本发明提供一种提高可靠性和可扩展性、提高储系统的输入输出速率和数据吞吐率的扩展的基于B+树对象文件系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种扩展的基于B+树对象文件系统，所述基于B+树对象文件系统包括：空闲空间组织模块，用于设定extent表示磁盘空闲空间，extent用块起始地址和连续块长度为参数的二元数组表示出来；按空闲extent大小将整个磁盘空闲空间分成多个组，每个组使用数据结构bucket表示，每个组里的extent大小满足边界限制，设定了一个组因子B，假设空闲空间总共分为N个组，N≥2，那么对于第k组中的任意空闲extent，其大小S满足式下式：