[發明專利]高效的數據對象存儲和檢索

有效

• 申請號: 201380034676.6
• 申請日: 2013-04-16
• 公開（公告）號: CN104395904B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 加思·R·古德森;紹銘隆
• 申請（專利權）人: NETAPP股份有限公司
• 主分類號: G06F17/40
• 分類號: G06F17/40;G06F7/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 酆迅

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年4月27日提交的美國專利申請號13/458,323的優先權，其全部內容通過引用方式被合并于此。

技術領域

本發明的至少一個實施例涉及數據存儲系統，并且更具體地，涉及一種用于高效地在數據存儲系統中存儲數據對象的技術。

背景技術

網絡存儲是一種常用的方式來備份數據，以及使各種客戶端可訪問大量數據。在網絡存儲環境中，存儲服務器通過呈現或輸出一個或多個的數據的邏輯區段到客戶端，將數據提供給客戶端系統。存儲服務器還接收來自客戶端系統的數據以供存儲。有各種形式的網絡存儲，包括網絡附加存儲(NAS)以及存儲區域網絡(SAN)。在NAS環境，存儲服務器為來自客戶端的文件級請求提供服務。在SAN環境，存儲服務器服務為塊級請求提供服務。一些存儲服務器能夠為文件級請求和塊級請求均提供服務。

該技術的市場正經歷影響現有的網絡存儲技術的幾個趨勢。首先，使用網絡存儲系統存儲的數據量繼續增加。第二，以隨機方式檢索數據對象的應用的數量也在增加。應用，如照片檔案，為大量時常隨機訪問的數據對象提供存儲。在一些情況下，這些數據對象也很少修改。常規的文件系統布局在這些情況下存儲和檢索數據對象已被證明是低效的。在許多常規的文件系統布局中使用的分層名稱空間和索引節點結構需要三次或更多的磁盤輸入/輸出(I/O)操作，以存儲或檢索數據對象。通常需要一次I/O，以檢索將數據對象的名稱轉換成索引節點的必要信息。第二次I/O對檢索索引節點結構是必要的。通常需要至少第三次I/O，以檢索數據對象。這些常規的布局也典型地包括存儲可能在這些應用中并不需要的元數據屬性。

此外，高度適應不同的應用和性能配置對網絡存儲系統正在變得更加重要。常規的網絡存儲系統通常每個均使用單一的數據布局，其可能滿足一些用途，但對市場需要的許多不同的配置通常不是最理想的。因此，網絡存儲系統的設計者必須進行有關系統的各種潛在的用途應該如何驅動設計的各種設計選擇。這些選擇將確定該系統的性能特性。一旦設計已經實施并產品化，改變得到的系統操作特性，即使不是不可能的，也非常困難。

概述

下面介紹的是用于在網絡存儲系統中存儲對象的文件系統布局，以及相關的方法和裝置。用于實施該文件系統布局的各種裝置和方法在隨后的討論中被統稱為“這里介紹的系統”或簡稱為“系統”。系統以靈活的數據布局提供了高效的數據對象存儲和檢索，該靈活的數據布局可被修改以滿足不同的使用情況的各種需要。在其它特性中，系統將數據對象存儲在區段中，并使用非分層結構管理它們。系統通過減少存儲或檢索在大容量存儲設備中的數據對象需要的輸入/輸出操作(I/O)次數以及相對于某些常規系統減少存儲數據對象需要的存儲空間量，來提升效率。I/O是需要信息處理裝置，諸如處理器，與另一個設備之間的通信的操作。在數據存儲系統中，I/O通常指存儲服務器和存儲設備之間的通信。然而，其它類型的I/O是可能的。雖然與系統相關的益處可能在許多應用中實現，但該系統特別適合涉及數據對象的頻繁的隨機訪問的應用。在每個數據對象需要減少的元數據量的應用中，其特別有用。

系統部分基于與從其它類型的可能內置于存儲服務器的存儲器檢索數據相比，I/O相對費時和低效的認識。由于與在旋轉存儲介質上隨機訪問數據對象相關的固有延時，磁盤I/O特別費時。雖然固態存儲器具有更快的響應時間，但每兆字節通常較昂貴。因此在數據存儲系統中，固態存儲器相比基于磁盤的存儲空間的可用性相對有限，且必須有選擇地使用。這里介紹的系統實現了一種文件系統的布局，其中數據對象的位置可使用兩個索引進行管理。索引是標識一個或多個信息段的存儲位置的列表。兩個索引中的第一索引足夠小以待被維護在存儲服務器的系統存儲器中。在此實現中，使用這兩個索引檢索數據對象還需要三個步驟：一個訪問第一索引，一個訪問第二索引，以及一個檢索數據對象。然而，由于第一索引存儲在可在不進行I/O的情況下被執行的存儲器的位置中，所以檢索數據對象只需要兩次I/O。減少磁盤I/O次數提高了存儲系統的整體性能。減少數據對象的元數據到數據的比率也使高速緩存更有效，因為更多的數據可存儲在存儲器中。

此外，第二索引具有使它或它的部分可在系統存儲器中被高速存儲的密度。如果訪問數據對象需要的第二索引的一部分在系統存儲器中可用，那么訪問數據對象所必要的I/O的次數可被進一步減少。當隨后訪問的數據對象呈現局部性時，性能優勢甚至可從被高速緩存的第二索引的一部分獲得。