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Parallel
NFS
(
pNFS
) is a part of the
NFS
v4.1 standard that
allows compute clients to access
storage devices directly and in
parallel. The
pNFS
architecture eliminates the scalability and
performance
issues
associated
with
NFS
servers
deployed
today.
This
is
achieved
by
the
separation
of data and metadata, and moving the metadata
server out of the data path.
best way for the industry to
solve storage and I/O performance bottlenecks.
Panasas
was the
first
to
identify
the
need
for
a
production
grade,
standard
parallel
file
system
and
has
unprecedented experience in deploying
commercial parallel storage solutions.
–
Robin Harris,
Data Mobility Group
1.
pNFS
简介
pNFS
是并行网络文件系统，为
NFSv4.1
的一部分，
与
NFSv3
不同的是，它将元数据与数据进行
分离，允许客户端直接与数据服务器进行交互。这种机制解决了传统
NFS
的性能瓶颈问题，从
而使得系统获得高性能和高扩展性的特性。
最近几年，高性能数据中心已经快速向并行技术转移，比如集群计
算和多核心处理器，这些加
速了并行应用的开发和广泛使用。
虽然这种并行使用的增加解决了大多数的计算瓶颈，它却把性能瓶颈转移到了存储
I/O
系统。
随着主流计算转向并行，存储子
系统也需要转移到并行技术。为了成为通用的方式，需要一个
标准的方法，能够从多个存
储供应商选择存储设备并且从任何客户端都能自由的存取并行存储
器。
< br>
为了转向高一等级的性能水平，
当存储系统依附到一个
经济有效的标准时必须对并行做最优化。
NFS
，
当前流行的网络文件系统标准并不支持并行
I/O
，
主要存储供应商提供的现有并行产品也
不能彼此兼容。在业界提
供出一个并行存储的标准之前，用户选用设备都将继续受到妨碍，他
们勉强的部署一套存
在许多不兼容的并行存储系统。
1.1
当今
NFS
遇到的挑战
为了了解
pNFS
是如何工作的，首先必须了解
在一个典型的
NFS
结构中当客户端试图存取一个
文件时是如何进行的。图
1
展示了一个传统的
NFS
结构。你可以看到
NFS
服务器位于客户端计
算机和实际的物理存储装置之间。
当客户端想要存取存储器上的文件时，
它必须创建一个到
NF
S
服务器的连接
(
也就是创建一个安装
点
)
。当客户端试图存取存文件时
NF
S
服务器起仲裁者的作
用，管理所有需要的数据处理，把数据传
送到提出请求的客户端。
由较少的客户端访问相对较小的数据
集时这种结构工作的很好，通过直接连接的存储器能够收
到显著的效益
< br>(
就象你
PC
上的磁盘）
；也就是数据能够由多个客户端共享，能够由任何有
NFS
能力的客户端访问。可是如果大量的客户端需要访问数据或太大的数据集时，
NFS
服务器很快
就变成了一个瓶颈，
抑制了系统性能。
pNFS
从根本上消除了这个瓶颈，
允许从许多许多客户端
以难以置信的速度快速存取非常大的数据集。<
/p>
1.2
pNFS
消除了瓶颈
这里我们可以看
到
pNFS
如何修改了
NFS
结构，消除了我们刚才提到的性能瓶颈。实质上的变
化是
NFS
服务器移动到了带外，变成了一个元数据服务器。意思就是它管理着有关
数据布局的
数据。那么当一个客户端需要存取数据时它需要做什么呢？
< br>
它首先要做的是与
NFS
服务
器联系就象先前例子中所做的一样。可是这次服务器提供给客户端
一个到哪里去寻找所要
数据的布局图和读
/
修改
/
写这些数据的授权书。一旦客户端有了这两部
分，
它存取数据时就直接与存储设备联系。
使用传统的
NFS
时数据的每个比特都要通过
NFS
服
务器，使用
pNFS
时
NFS
服务器从主数据通路中移出来了，允许客户端自由地和快速地存取数
据。当然所有的
NFS
的优点都继续保留，但现在消
除了瓶颈，数据能够以并行方式以非常快的
吞吐率被访问，系统容量能够容易的扩展而不
影响总性能。
NFSv41
和
pNFS
主
要
由
RFC5661(NFSv4.1)
、<
/p>
RFC5662(NFSv4.1
XDR)
、
RFC5663(pNFS
Block/Volume
Layout)
< br>、
RFC5664(Object-Based
pNFS
Operations)
描
述，这些标准已经于
2010.01
正式发布。
目前，
pNFS
商业和开源产品都比较少，
而且实现方面还不成熟。
Linux
kerne
l
从
2.6.30
版本加入了
pNFS
支持，
目前最新版本为
2.6.38
，
pNFS
仍处
于
Expermental
，
包括
Server
和
Client
。
NFS
V4.1
包括一个扩展
Parallel
NFS
（
pNFS
）
，它将普通
NFS
的优势和并行输入输出（
I/
O
）
的高传输率结合起来。使用
pNFS
时，客户机也像以前一样可以从服务器共享文件系统
，但数
据不经过
NFS
服务器。相反，客户机系统将与数据存储系统直接连接，为大型数据传输提供
许多并行的高速数据路径。在简短的初始化和握手（
handshaking
）过程之后，
pNFS
服务器开
始退出
―
舞台
‖
，不再阻碍传输速率。<
/p>
图
2
显示一个
pNFS
配置。
顶部是计算集群的节点，
比如大量便宜的、
基于
Linux
的刀片服
务器群。左边是
NFSv4.1
服务器。
（为了方便讨论，我们称之为
pNFS
服务器）
。底部是一个
大型的并行文件系统。
图
2. pNFS
的概念组织结构
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