分布式文件系統(tǒng)近來(lái)沒(méi)有什么新聞，因?yàn)槭褂盟鼈兊闹饕枪竞徒逃W(wǎng)絡(luò)，總共只有幾千個(gè)用戶(hù)。從概念上來(lái)說(shuō)，對(duì)于這樣的系統(tǒng)如何適合開(kāi)放源碼文件系統(tǒng)這個(gè)領(lǐng)域，還并非總是很清楚。Open Andrew File System (OpenAFS) 是對(duì) Network File System (NFS) 的成熟的替代方案，它能適應(yīng)大量的用戶(hù)，并能減輕管理的痛苦。

用戶(hù)對(duì)文件系統(tǒng)的概念有兩種理解。第一種是組織文件的方式、包含文件的目錄，以及保存目錄結(jié)構(gòu)的分區(qū)。第二種認(rèn)為文件系統(tǒng)是文件組織和映射到原始材料的方式。當(dāng)然，在這兩者之間還存在很多層，如虛擬文件系統(tǒng) (VFS) 層和實(shí)際存儲(chǔ)管理例程，但是就管理用戶(hù)可用的結(jié)構(gòu)化信息而言，超級(jí)用戶(hù)看一下系統(tǒng)內(nèi)部，并對(duì)內(nèi)核的最深處有一些了解是很有意義的。

原始材料可能由 RAM 或硬盤(pán)組成，但是不管是哪種情況，文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是組織由硬件制造商格式化了的扇區(qū)和字節(jié)。盡管這種劃分相當(dāng)粗糙，用戶(hù)在他們的工作生活中還是能夠十分愉快地接受這種劃分。提高 —— 比如說(shuō)，用戶(hù)訪問(wèn)比特定容量大的文件的速度 —— 的工具是可用的。幫助重新組織目錄和文件的工具也是可用的，但是這些工具使我們遠(yuǎn)離比特、字節(jié)和扇區(qū)。

文件系統(tǒng)元概念
這種總體區(qū)分的一個(gè)經(jīng)典例子就是 FreeBSD —— 回溯到 BSD UNIX® 時(shí)代 —— 用 UNIX File System V2 (UFS2) 來(lái)組織磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)而用 Flash File System (FFS) 來(lái)把文件組織成目錄并最優(yōu)化目錄訪問(wèn)的方式。Linux® 系統(tǒng)有些不同，因?yàn)?Linux 本來(lái)就容許有不限于一個(gè)或兩個(gè)的文件系統(tǒng)。因此，VFS 層使 Linux 用戶(hù)可以添加新的文件系統(tǒng)支持而不必過(guò)于擔(dān)心 Linux 管理存儲(chǔ)器的方式。

當(dāng)我談到進(jìn)一步的區(qū)分，如靜態(tài)和日志文件系統(tǒng)時(shí)，我要強(qiáng)調(diào)一致性以及某種程度上的文件系統(tǒng)內(nèi)容的安全性。同樣，用 BSD UNIX 時(shí)代用來(lái)看問(wèn)題的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō), 靜態(tài)和日志 文件系統(tǒng)與 UNIX File System (UFS) 組織文件并確保其安全的方式有關(guān)。雖然 Linux 文件系統(tǒng)從 Journal File System (JFS) 開(kāi)始就包含了日志文件系統(tǒng)，但是下一代文件系統(tǒng) (XFS) 和早期的 ReiserFS 也被改造成對(duì)其可用，還有一個(gè)不管是技術(shù)媒體還是公司宣傳都沒(méi)有過(guò)多提及的領(lǐng)域就是分布式文件系統(tǒng)。

從 NFS 所學(xué)到的
這種情況與這樣的現(xiàn)實(shí)有關(guān)：如今，使網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的文件系統(tǒng)層變成對(duì)相當(dāng)多的用戶(hù)來(lái)說(shuō)通過(guò) TCP 或 User Datagram Protocol (UDP) 就可用，這種做法是非常輕率的。圍繞 NFS V3 之前版本的恐怖場(chǎng)景使許多管理人員不愿管理哪怕只有幾十個(gè)用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)。此外，由極快的主板架構(gòu)支持的多處理器架構(gòu)的出現(xiàn)，似乎使得分布式文件系統(tǒng)問(wèn)題變得不太重要。 速度似乎是由硬件保證的，而不是由智能實(shí)現(xiàn)的分布式系統(tǒng)保證的。由于分布式文件系統(tǒng)往往要依賴(lài)于底層的文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) —— 例如，已有的 ext2、ext3 和 ReiserFS 文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序 —— 分布式文件系統(tǒng)好像僅限于大的大學(xué)網(wǎng)絡(luò)和臨時(shí)的科研和公司網(wǎng)絡(luò)這些領(lǐng)域。

那么，分布式文件系統(tǒng)是否是我們所提及的兩層之上的第三層呢？如今聯(lián)網(wǎng)過(guò)程中的一個(gè)重要問(wèn)題就是使異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)合作（Samba 是一個(gè)很好的例子）。但是您要明白，今天在文件系統(tǒng)領(lǐng)域有三家主要制造商：Microsoft® Windows®文件系統(tǒng)系列（FAT16、FAT32 和 NTFS 文件系統(tǒng)）；Apple Mac OS X (HFS+)；以及本機(jī) Linux 日志文件系統(tǒng)（主要是 ReiserFS 和 ext3）。Samba 幫助使 Windows 和 Linux 文件系統(tǒng)合作，但是它并沒(méi)有使管理人員對(duì)所有主要文件系統(tǒng)上的訪問(wèn)都同樣地快速和容易。

有人可能會(huì)引用 NFS V4 作為解決該問(wèn)題的一次嘗試，但是由于處理 NFS V4 的 Request for Comments (RFC) 3530 才發(fā)布兩年，而且針對(duì)內(nèi)核 V2.6 的 NFS4 還相當(dāng)新，我暫不推薦使用它做生產(chǎn)服務(wù)器。Fedora 核心 2 和 3 提供了 NFS4 補(bǔ)丁和 NFS4 實(shí)用程序，這些實(shí)用程序演示了開(kāi)發(fā)人員完成的一些印象非常深刻的過(guò)程，因?yàn)?NFS 強(qiáng)制可憐的網(wǎng)絡(luò)管理人員，打開(kāi)更多的端口并為導(dǎo)出到用戶(hù)的每個(gè)名稱(chēng)空間配置各自的客戶(hù)機(jī)。RFC 3530 解決了大部分的安全問(wèn)題。還有，NFS 目錄必須單獨(dú)安裝。您可以用統(tǒng)一的 sign-on 和 Kerbero 來(lái)保證安全，但是那也需要做很多工作。

OpenAFS 基本原理
OpenAFS 試圖免除安裝和管理用于使不同文件系統(tǒng)合作的軟件時(shí)的痛苦。OpenAFS 也能使不同文件系統(tǒng)更有效地合作。盡管 UNIX 及其引人注目的后繼者 Plan 9 的最初目標(biāo)是文件，但是商業(yè)現(xiàn)實(shí)指出，與其徹底重構(gòu)現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，不如添加另一個(gè)分布式文件系統(tǒng)層。

1983 年 Carnegie Mellon University 的編程人員開(kāi)發(fā)了 AFS。此后不久，該大學(xué)成立了一家叫做 Transarc 的公司來(lái)出售基于 AFS 的服務(wù)。1998 年 IBM 收購(gòu)了 Transarc，并使 AFS 成為一個(gè)開(kāi)放源碼產(chǎn)品，叫做 OpenAFS。但是，故事并未就此結(jié)束，因?yàn)?OpenAFS 衍生了其他的分布式文件系統(tǒng)，如 Coda 和 Arla，這些我將在后面談到。存在針對(duì)所有主要操作系統(tǒng)的各種客戶(hù)機(jī)，及大量的過(guò)時(shí)文檔資料。Gentoo.org 為使 OpenAFS 對(duì) Linux 用戶(hù)可用做出了特別貢獻(xiàn)，即使其他機(jī)構(gòu)在需要分布式文件系統(tǒng)時(shí)似乎仍然是指 NFS。

OpenAFS 架構(gòu)
OpenAFS 是圍繞一組叫做 cell 的文件服務(wù)器組織的。每個(gè)服務(wù)器的標(biāo)識(shí)通常是隱藏在文件系統(tǒng)中的。從 AFS 客戶(hù)機(jī)登錄的用戶(hù)將分辨不出他們?cè)谀膫€(gè)服務(wù)器上運(yùn)行，因?yàn)閺挠脩?hù)的觀點(diǎn)來(lái)看，他們想在有可識(shí)別的 UNIX 文件系統(tǒng)語(yǔ)義的單個(gè)系統(tǒng)上運(yùn)行。文件系統(tǒng)內(nèi)容通常都是跨 cell 復(fù)制，以便一個(gè)硬盤(pán)的失效不會(huì)損害 OpenAFS 客戶(hù)機(jī)上的運(yùn)行。OpenAFS 需要高達(dá) 1 GB 的大容量客戶(hù)機(jī)緩存，以允許訪問(wèn)經(jīng)常使用的文件。它還是一個(gè)十分安全的基于 Kerbero 的系統(tǒng)，它使用訪問(wèn)控制列表 (ACL) 以便可以進(jìn)行細(xì)粒度的訪問(wèn)，這不是基于通常的 Linux 和 UNIX 安全模型。

緩存管理器碰巧是 OpenAFS 的一部分，很奇怪，它只作為底層文件系統(tǒng)與 ext2 一起運(yùn)行。除緩存管理器之外，OpenAFS 表層的基本結(jié)構(gòu)很像現(xiàn)代的 NFS 實(shí)現(xiàn)。但是，基本架構(gòu)卻一點(diǎn)都不像，而且必須慎重看待它的任何并行。對(duì)那些仍喜歡使用 NFS，但是又想利用 OpenAFS 程序的人來(lái)說(shuō)，可以使用所謂的 NFS/AFS 翻譯器。只要 OpenAFS 客戶(hù)機(jī)被配置為 NFS 服務(wù)器機(jī)器，您就應(yīng)該能夠享受這兩種文件系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。

OpenAFS 如何進(jìn)行管理
NFS 是位置無(wú)關(guān)的，它把本地目錄映射到遠(yuǎn)程文件系統(tǒng)位置。OpenAFS 對(duì)用戶(hù)隱藏了文件位置。因?yàn)榭赡芩械脑次募家宰x寫(xiě)副本的形式保存在復(fù)制到的不同文件服務(wù)器位置上，必須保持復(fù)制的副本同步。為此要使用一項(xiàng)稱(chēng)作 Ubik 的技術(shù)，它源于單詞“ubiquitous（無(wú)所不在）”，是東歐拼寫(xiě)法。Ubik 過(guò)程使 AFS 文件系統(tǒng)上的文件、目錄和卷 (volume) 保持同步，但是通常運(yùn)行三個(gè)以上文件服務(wù)器進(jìn)程的系統(tǒng)獲益最多。系統(tǒng)管理人員可以將一個(gè) AFS 站點(diǎn)的幾個(gè) AFS cell 分組 —— 這個(gè)以前的縮寫(xiě)詞 AFS 已經(jīng)被保留在 OpenAFS 文件系統(tǒng)的語(yǔ)義中了。管理人員將決定 AFS cell 的數(shù)目，以及 cell 使存儲(chǔ)器和文件對(duì)站點(diǎn)內(nèi)的其他 AFS cell 可用的程度。

分區(qū)、卷和目錄
AFS 管理人員把 cell 劃分為所謂的卷。雖然卷可以隨硬盤(pán)分區(qū)協(xié)同擴(kuò)展 (co-extensive)，但大多數(shù)管理人員都不會(huì)將整個(gè)分區(qū)只分為一個(gè)卷。AFS 卷實(shí)際上是由一個(gè)單獨(dú)的、稱(chēng)作 Volume Manager 的 UNIX 類(lèi)型的進(jìn)程管理的。您可以以一種常見(jiàn)的方式從 UNIX 文件系統(tǒng)目錄安裝卷。但是，您可以將 AFS 卷從一個(gè)文件服務(wù)器移動(dòng)到另一個(gè)文件服務(wù)器 —— 同樣是由一個(gè) UNIX 類(lèi)型的進(jìn)程來(lái)管理的 —— 但是 UNIX 目錄不能從一個(gè)分區(qū)實(shí)際地移動(dòng)到另一個(gè)分區(qū)上。AFS 通過(guò) Volume Location Manager 自動(dòng)跟蹤卷和目錄的位置，并留意復(fù)制的卷和目錄。因此，每當(dāng)文件服務(wù)器非預(yù)期地停止操作，用戶(hù)根本無(wú)需擔(dān)心，因?yàn)?AFS 會(huì)把用戶(hù)切換到另一個(gè)文件服務(wù)器機(jī)器上的復(fù)制卷，而用戶(hù)可能都不會(huì)注意到。

用戶(hù)從來(lái)不對(duì) AFS 服務(wù)器上的文件進(jìn)行操作。他們操作已經(jīng)由客戶(hù)端緩存管理器從文件服務(wù)器中取出的文件。Cache Manager 是居留在客戶(hù)機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)核中的一只非常有趣的猛獸。（您可以在 2.4 版本以上的任何內(nèi)核中運(yùn)行 Cache Manager）。

Cache Manager
Cache Manager 可以響應(yīng)本地應(yīng)用程序的請(qǐng)求，來(lái)跨 AFS 文件系統(tǒng)取出文件。當(dāng)然，如果該文件是經(jīng)常更改的源文件，那么文件存在于幾個(gè)復(fù)制版本中可能不太好。因?yàn)橛脩?hù)很可能要頻繁地更改經(jīng)常被請(qǐng)求的源文件，所以您會(huì)遇到兩個(gè)問(wèn)題：首先，文件很可能被保存在客戶(hù)機(jī)緩存內(nèi)，而同時(shí)還保存在幾個(gè)文件服務(wù)器機(jī)器上的幾個(gè)復(fù)制卷內(nèi)；然后，Cache Manager 不得不更新所有的卷。文件服務(wù)器進(jìn)程把文件發(fā)送到客戶(hù)機(jī)緩存內(nèi)并隨其附帶一個(gè)回調(diào)，以便系統(tǒng)可以處理發(fā)生在其他地方的任何更改。如果用戶(hù)更改了緩存在其他地方的復(fù)制文件，原始文件服務(wù)器將會(huì)激活回調(diào)，并提醒原始緩存版本它需要更新。

分布式版本控制系統(tǒng)也面臨這個(gè)經(jīng)典問(wèn)題，但是有一點(diǎn)重要的區(qū)別：分布式版本控制系統(tǒng)在斷開(kāi)時(shí)可以運(yùn)行得很好，而 AFS 文件系統(tǒng)的任一部分都不能斷開(kāi)。斷開(kāi)的 AFS 部分無(wú)法再次與原來(lái)的文件系統(tǒng)連接。失效的文件服務(wù)器進(jìn)程必須與仍在運(yùn)行的 AFS 文件服務(wù)器重新同步，但是不能添加可能在它斷開(kāi)后保存在本地的新更改。

AFS 的后代
由于一些對(duì)新文件系統(tǒng)的嘗試，AFS 已經(jīng)明顯要退出了。兩個(gè)這樣的結(jié)合了開(kāi)發(fā)人員從原始分布式文件系統(tǒng)架構(gòu)中學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)就是：Coda 和瑞典開(kāi)放源碼志愿者的成果 Arla。

Coda 文件系統(tǒng)是改進(jìn)原始的 AFS 系統(tǒng)的第一次嘗試。1987 年在 Carnegie Mellon University，開(kāi)發(fā)人員想要使 Coda 成為對(duì) AFS 的一次自覺(jué)的改進(jìn)，當(dāng)時(shí) AFS 達(dá)到了 V2.0 版本。在上個(gè)世紀(jì) 80 年代末 90 年代初，Coda 文件系統(tǒng)首次發(fā)布了一個(gè)不同的緩存管理器：Venus。雖然 Coda 的基本功能集與 AFS 的類(lèi)似，但是 Venus 支持支持 Coda 的客戶(hù)機(jī)的連續(xù)操作，即使客戶(hù)機(jī)已經(jīng)從分布式文件系統(tǒng)斷開(kāi)了。Venus 具有與 AFS Cache Manager 完全相同的功能，即把文件系統(tǒng)任務(wù)從內(nèi)核內(nèi)部的 VFS 層取出。

Coda 服務(wù)器和 Venus 緩存管理器之間的連接故障并不總損害網(wǎng)絡(luò)功能：膝上型客戶(hù)機(jī)必須能離開(kāi)中央服務(wù)器工作。因此，Venus 把所有的更新存儲(chǔ)在客戶(hù)機(jī)修改日志內(nèi)。當(dāng)緩存管理器與中央服務(wù)器重新連接時(shí)，系統(tǒng)重建客戶(hù)機(jī)修改日志，使所有的文件系統(tǒng)更新對(duì)客戶(hù)機(jī)都可用。

斷開(kāi)操作可能引起其他問(wèn)題，但是 Venus 緩存管理器說(shuō)明了分布式文件系統(tǒng)可以被擴(kuò)展，以包含比總是以連接方式運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜得多的網(wǎng)絡(luò)。

從 1993 年起，編程人員就開(kāi)始開(kāi)發(fā) Arla，這是一個(gè)提供 OpenAFS 的 GPL 實(shí)現(xiàn)的瑞典項(xiàng)目，但是大部分的開(kāi)發(fā)和端口都發(fā)生在 1997 年以后。Arla 模仿 OpenAFS 模仿得非常好，只是 XFS 文件系統(tǒng)必須運(yùn)行在所有運(yùn)行 Arla 的操作系統(tǒng)上。Arla 已經(jīng)達(dá)到 V0.39 版本了，而且，就像 OpenAFS 一樣，運(yùn)行在所有的 BSD 流派、內(nèi)核 V2.0x 版本以上的許多 Linux 內(nèi)核以及 Sun Solaris 之上。Arla 確實(shí)為 AFS 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)原本不在 AFS 代碼中的功能：斷開(kāi)操作。但是具體情況可能會(huì)不同，開(kāi)發(fā)人員也還沒(méi)有完成測(cè)試。

還有其他的 AFS 類(lèi)型的文件系統(tǒng)，如 GPLed InterMezzo，但是它們沒(méi)有照搬 AFS 的命令行語(yǔ)義或它的架構(gòu)。開(kāi)放源碼分布式文件系統(tǒng)領(lǐng)域是非常活躍的，其他分布式文件系統(tǒng)在移動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域得到了應(yīng)用。