[發明專利]一種網絡文件系統實時化的方法

有效

• 申請號: 201210034549.3
• 申請日: 2012-02-16
• 公開（公告）號: CN102594888A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 林奕;張延園;樊峰峰;賈鑫;王慧文
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種增強網絡文件系統實時性的方法。

背景技術

網絡文件系統(NFS，Network?File?System)最早由Sun公司研制，用于在Unix環境下提供對本地文件系統遠程訪問的能力。由于該技術得到了廣泛使用，自NFS?v.2后，NFS?v.3、NFS?v.4和NFS?v.4.1版本均已成為RFC標準規定的協議(RFC，Request?for?Comments)，被Linux、Unix等操作系統廣泛采用。遵循NFS協議的實現稱為網絡文件系統。

NFS協議適用于網絡遠程文件訪問應用中，屬于OSI網絡七層體系結構中的表示層，可為客戶端提供對遠程主機文件系統訪問的封裝。其中，NFS客戶端為上層應用提供遠程文件訪問接口，提供open、read、write等文件操作，并將這些操作轉換為UDP協議數據包發送到服務器端。服務器端監聽網絡并將客戶端發送來的請求解析后，調用NFS服務器端系統的底層文件系統接口執行實際的文件訪問，并將訪問結果通過UDP協議打包后返回給NFS客戶端。NFS客戶端在接收到返回的結果后，將結果提交給發出遠程文件訪問請求的上層進程。

附圖1給出了現有網絡文件系統的基本原理。圖中所示的現有的網絡文件系統的請求/響應架構模型中，上層應用進程向客戶端服務任務發出文件訪問請求，客戶端將請求以UDP報文的形式發送到服務器端，并等待返回結果。服務器端監聽相應的網絡端口，并以先來先服務的順序將請求分配給RPC線程池中的線程(即按請求到達順序依次進行處理)。線程池中的線程讀取請求并進行解碼，執行相應文件系統操作后，將結果打包為UDP報文后返回給客戶端。客戶端收到請求結果后返回給應用進程，結束本次請求。

從以上論述中不難看出，現有的網絡文件系統對實時性缺少必要的支持。具體表現在以下幾個方面；

第一，現有NFS協議不支持對實時特性或QoS的定量描述，無法為不同應用的文件訪問服務提供必要的時間約束信息和服務質量保證。

第二，客戶端沒有提供流量控制機制，無法控制每個應用的可用帶寬，不能解決不同應用間各自文件訪問數據流的相互隔離，無法保證正常實時數據流不會受到故障端節點和網絡節點所產生的異常數據流的影響。

第三，服務器端不僅缺少實時性描述參數的支持，也無法直接在RPC(遠程過程調用，Remote?Procedure?Call)和線程池機制上直接實現實時調度。

另一方面，隨著存儲容量的不斷增大和物理系統/信息系統融合程度的不斷提高，在嵌入式應用和流媒體應用中越來越多的視頻、圖像數據和其他傳感器數據的存儲和訪問均對網絡文件系統的實時性提出了明確要求。

與發明申請相關的網絡文件系統文獻如下：國內發明“面向UDP協議的NFS流控方法”(發明申請號200910312057.4，申請公布號CN?101741747A)中提出了使用發包閾值和丟包重發的方法調整請求發送速率，防止導致網絡擁塞或服務器過載。本發明申請提出的客戶端流控是針對數據流的定量流控，在方法上與上述發明有著顯著不同。此外，本發明在服務器端也進行了改造，在NFS服務器端加入了請求調度器，對到達NFS服務器的不同數據流的請求進行實時調度。上述發明沒有采用類似技術。在用途方面，本發明以保障各數據流實時性為目標，并可用于避免因節點或其上層應用故障導致的超量數據流影響其他正常應用實時文件訪問。因此，該發明與本發明并不相同不同。此外，2009年Johns?Hopkins大學的Alexandros?Batsakis等在FAST國際會議上發表的論文“CA-NFS：A?Congestion-Aware?Network?File?System”也介紹了一種網絡文件系統中的擁塞避免機制。但該文是通過調整NFS客戶端、服務器的緩沖管理策略和在線競標方法實現QoS的(在線競標方法用于在分布式的NFS客戶端、NFS服務器間交換負載信息)。該文所提技術不能對網絡文件系統提供定量的QoS或實時性調控能力，因此只能在宏觀上為不同業務要求的存儲訪問提供資源保障，沒有解決本文前面提出的實時化所面臨的幾主要問題。因此該方法也無法滿足實時性對性能、資源參數的精確控制要求。