[发明专利]嵌入式网络存储系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种网络应用技术领域的系统及其方法，具体是一种嵌入式网络存储系 统及其方法。

背景技术

随着嵌入式系统功能的不断增强，对基于开放标准、多个节点能够共享并可以实现数据 交换的存储系统提出了迫切需求，嵌入式网络存储系统应运而生。基于该系统，其它设备可 以通过数据传输网络将数据写入到嵌入式网络存储系统，也可以从嵌入式网络存储系统中读 取数据，从而有效地解决嵌入式系统中数据的存储和交换问题。嵌入式网络存储系统的设计 面临特殊的需求和限制。在嵌入式系统中，由于功耗、体积等限制，CPU工作频率低，计算 能力相对较弱，内存也更小，但对性能，如吞吐量和实时性，却有更高要求。网络文件系统 (Network File System，NFS)是一种基于网络附加存储(Network Attached Storage，NAS)架 构的广泛使用的文件共享协议。它提供了透明的通过网络访问远程共享文件的服务；通过使 用外部数据表示(eXternal Data Representation，XDR，机器独立数据结构标准)解决数 据的编码问题，并通过远程过程调用(Remote Procedure Call，RPC)实现节点之间的交互 。基于NFS协议，NFS客户端可以将嵌入式网络存储系统(也称为服务器)共享的文件目录挂 载到本地，然后可以像读写位于本地磁盘的文件一样来访问位于服务器上的文件。NFS是使 用远程过程调用(Remote Procedure Call，RPC)来实现的。客户机通过向NFS服务器发送 RPC请求来访问其上的文件。当NFS服务器收到一个客户请求时，它将这个请求传递给本地文 件访问例程，后者访问服务器主机上的一个本地的磁盘文件。

经文献检索发现，《Managing NFS and NIS，2nd Edition(管理NFS和NIS，第2版) 》第7章中介绍分析了NFS的协议和实现机制。其给出了NFS的客户端和服务器端的总体框架 。NFS服务器端主要包含两类进程，一个守护进程负责接收NFS客户端的请求，还有多个负责 处理请求并与本地文件系统交互。由于NFS服务器提供的是无状态的文件访问服务。所谓“ 无状态”，就是指NFS服务器端不保持和记录各个NFS操作之间的关系，而由NFS客户端保持 所有的信息，也就是说NFS服务器端响应完一个请求后就不再保存有关这个请求的任何信息 。这么一来每个读或写的过程调用，首先要把NFS文件句柄转换成服务器本地文件系统的文 件名，然后调用open()打开文件，再根据请求中的文件位置参数调用lseek()移动文件读写 位置，循环执行读或写操作，最后关闭文件，向NFS客户端发送过程调用的响应。可以发现 NFS客户端的每一个读写请求，实际在服务器上都要调用open()和close()，由于这些函数中 需要进行复杂的处理，因此会导致NFS服务器端CPU开销的显著增加和系统吞吐量的下降。

另一方面，现代计算机系统基本使用磁盘做存储介质，磁盘的性能从物理层面上决定了 存储系统的性能。在影响磁盘性能的因素中，最主要的因素是寻道时间和旋转等待时间，因 为这两个时间都是由磁头移动决定的，属于物理机械过程，所以耗时最多。寻道时间是磁头 移动到所需磁道花费的时间，旋转等待时间是所需磁盘扇区旋转到磁头位置花费的时间，如 果存储的数据在磁盘的不连续位置，那么大量的时间将被消耗在寻道和旋转等待上，极大影 响存储系统的性能。

经文献检索发现，《网络存储原理与技术》中提到，在已有系统的NFSv3协议实现中， 写一个文件时，NFS服务器端的磁盘也将面临一般磁盘上的性能问题，即前面所说的物理过 程耗时问题；如果一个文件的数据存放在磁盘的不连续位置，则服务器磁盘性能将会影响整 个嵌入式网络存储系统的读写性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种嵌入式网络存储系统及其 方法。本发明通过状态缓存机制来提高处理读写请求时的性能，同时采用预分配文件空间的 方法来获得连续的磁盘空间，从而优化写磁盘时的性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及的嵌入式网络存储系统包括：NFS客户端和NFS服务器端，其中：NFS客户端 和NFS服务器端相连传输网络报文信息和请求信息。