Глобальные файловые системы

Глобальные файловые системы

Я испытываю особый интерес к файловым системам, поддерживающим устройства хранения информации подключенные к сети. Когда мы начнем разделять диски между несколькими системами в сети, скорость доставки данных станет очень важным фактором. Инженеры любят приводить пиковые значения скоростей передачи в мегабайтах в секунду для характеристики аппаратуры как таковой, подразумевая при этом пересылку файлов бесконечного размера и без учета накладных расходов. Но на практике, размеры файлов, обычно, малы, а накладные расходы файловых систем, напротив, значительны. Таким образом, фактические скорости передачи данных обычно значительно меньше тех, которых в принципе может достичь аппаратура.

Рассмотрим простой пример двух RISC-систем AS/400, соединенных с помощью OptiConnect через оптоволоконную шину SPD. Оптоволокно способно передавать данные с пиковой скоростью 1 ГБит/с, что равно примерно 100 МБ/с, считая, что несколько разрядов используется для обнаружения ошибок. Измерения показывают, что фактическая скорость передачи данных между такими системами ближе к 32 МБ/с (и это очень высокий результат!), что примерно в три раза меньше пиковой. Причина уменьшения скорости передачи данных — накладные расходы ПО. При каждой передаче данных ПО ОС должно выполнить некоторую последовательность команд. В главе 10 мы рассматривали шину SPD и функции SLIC, необходимые для операции ввода-вывода. В будущем для подобного соединения можно будет использовать SAN, обеспечивающий более высокую скорость при меньших накладных расходах.

Для файловой системы с разделением дисков между двумя или несколькими системами, к накладным расходам ПО файловой системы на передачу данных добавляются еще и накладные расходы позиционирования головок диска. Также надо учитывать, что накладные расходы: не зависят от размеров пересылаемого файла, поэтому скорость пересылки небольших файлов значительно ниже, чем больших. Например, NFS (Network File System) Sun Microsystems на типичной высокопроизводительной рабочей станции Unix может пересылать файлы по 10 МБ со скоростью примерно 2 МБ/с, а файлы по 40 МБ — примерно 6 МБ/с.

Для повышения скорости пересылки данных на факультете электротехники и информатики Университета Миннесоты (University of Minnesota), где я являюсь адъюнкт-профессором, разрабатывался проект разделяемой файловой системы для хранилища, подключенного напрямую к сети. Эта модель получила название GFS (Global File System). GFS должна была иметь меньшие накладные расходы по сравнению с современными файловыми системами и поддерживать высокие скорости передачи данных даже для файлов малого размера.

Впервые GFS была публично продемонстрирована в апреле 1997 года на выставке NAB (National Association of Broadcasters) в Лас-Вегасе (Las Vegas), штат Невада. Телекорпорации и производители кинофильмов, широко использующие компьютерную анимацию и спецэффекты — крупные пользователи сетевых файловых систем, позволяющих передавать данные от высокопроизводительных дисковых массивов на мощные рабочие станции Unix. В связи с этим несколько производителей показали на выставке NAB свои наиболее эффективные системы.

Среди прочих демонстрировалась и файловая система GFS, установленная на нескольких очень мощных рабочих станциях Silicon Graphics. Эти рабочие станции были выбраны потому, что ILM (Industrial Light & Magic) использовала аналогичные рабочие станции для продолжения сериала «Jurassic Park» фильмом «The Lost World: Jurassic Park», претендующего на то, чтобы стать «хитом» следующего месяца. В ходе его съемок были применены новейшие достижения компьютерной анимации. Команда компьютерных художников ILM использовала технологию Silicon Graphics для создания пугающе правдоподобных динозавров. Причем этих искусственных созданий было сгенерировано в четыре раза больше, чем в фильме-предшественнике.

Рабочие станции были подключены к нескольким дисковым массивам Ciprico Fibre Channel[ 88 ], любимых киноиндустрией за очень большую скорость передачи данных. Новый дисковый массив Ciprico способен обеспечивать скорость 85 МБ/с, а пиковая скорость передаче достигает 100 МБ/с. Демонстрация GFS на стенде Ciprico была первой демонстрацией хранилища непосредственно подключенного к сети на основе Fibre Channel.

На выставке NAB GFS пересылала файлы Silic on Graphics на рабочие станции и обратно с изумительной скоростью в 60 МБ/с — в 10 раз быстрее традиционных сетевых файловых систем и примерно в 3 раза быстрее всех остальных, демонстрировавшихся на выставке систем. Не стоит и говорить об огромном интересе, проявленном к ней телевещательными корпорациями и киногигантами. После выставки такой интерес возник еще у ряда компаний, представляющих самые разные отрасли, от медицины до обслуживания Интернета.

Мое отношение к GFS носит личный характер. Мой сын, Стивен Солтис (Steven Soltis), спроектировал и разработал GFS в рамках своей докторской диссертации в Университете Миннесоты. К тому же GFS — это только начало. Концепции, разработанные Стивом, без сомнения, найдут применение в других системах для еще более высокопроизводительных файловых систем. Возможно, они даже будут применены в AS/400. А вдруг с помощью AS/400 появится на свет следующее поколение фильмов о звездных войнах?