26、Google文件系统与分布式锁服务解析

Google文件系统与分布式锁服务解析

1. Google文件系统（GFS）概述

Google文件系统（GFS）于20世纪90年代末开发，它利用数千个由廉价通用组件构建的存储系统，为具有多样化需求的大量用户群体提供PB级的存储服务。由于系统面临硬件故障、系统软件错误、应用程序错误以及人为错误等问题，可靠性成为GFS设计者的主要关注点。

1.1 文件特征与访问模型分析

在设计GFS之前，对文件特征和访问模型进行了仔细分析，以下是一些反映在GFS设计中的重要方面：
- 可扩展性和可靠性是系统的关键特性，必须从设计之初就加以考虑，而非在后期阶段才重视。
- 绝大多数文件的大小范围从几GB到数百TB。
- 最常见的操作是向现有文件追加内容，文件的随机写入操作极为罕见。
- 顺序读取操作是常态。
- 用户批量处理数据，对响应时间的关注度较低。
- 为简化系统实现，应在不增加应用程序开发者额外负担的前提下，放宽一致性模型。

1.2 设计决策

基于上述分析，做出了以下设计决策：
1. 将文件分割成大的块。
2. 实现原子文件追加操作，允许多个应用程序并发地向同一文件追加内容。
3. 围绕高带宽而非低延迟的互连网络构建集群。将控制流与数据流分离；通过在TCP连接上进行数据传输的流水线操作来调度高带宽数据流，以减少响应时间。利用网络拓扑结构，将数据发送到网络中最近的节点。
4. 消除客户端的缓存；缓存会增加维护多个客户端缓存副本一致性的开销，并且不太可能提高性能。
5. 通过由控制整个系统的主节点处理关键文件操作来确保一致性。
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