Настоящий «инженерный подвиг» при реализации файловых систем сетей хранения данных состоит в том, чтобы достичь баланса между параллельным доступом и сериализацией. Параллельный доступ к файлам и дискам необходим для создания масштабируемой системы, которая дает возможность нескольким процессам получить доступ к одному и тому же набору файлов. При этом для обеспечения целостности пользовательских данных и метаданных файловой системы необходима синхронизация, даже если несколько пользователей и процессов получают доступ к файлам.

Обратите внимание: сложность достижения баланса между параллельностью и сериализацией присуща и другим файловым системам, не связанным с сетями хранения данных, например к NTFS. Различие заключается в том, что механизмы обеспечения корректной сериализации имеют более простую структуру и предоставляются операционными системами. Например, механизмы синхронизации, предоставленные Windows, в частности spin- блокировка и семафоры, отлично подходят для использования в файловых системах, не связанных с SAN, например в NTFS.

Полное описание технологии, связанной с созданием файловых систем сетей хранения данных, выходит за рамки данной книги. Достаточно перечислить ряд проблем, возникающих при создании таких файловых систем.

Механизм синхронизации, который часто называют диспетчером распределенных блокировок, должен работать на нескольких компьютерах и быть устойчивым к отказам в работе и задержкам в передаче данных по сети.

Возможны проблемы, когда отказывают в работе компьютеры, «удерживающие» ресурсы, например при блокировке файлов.

Возможны проблемы при произвольном или непроизвольном изменении конфигурации. Например, в сети (TCP/IP или сети хранения данных) меняется топология, что приводит к прекращению доступа к некоторым узлам.

Необходима технология обнаружения взаимных блокировок. Взаимные блокировки возникают, когда клиент удерживает некоторые ресурсы, освобождения которых ожидает второй клиент. Одновременно второй клиент удерживает ресурсы, освобождения которых ожидает первый клиент.'

Программные массивы RAID вообще не могут быть использованы или требуют сложной схемы реализации. Применению программных массивов RAID соответствует два уровня связывания. На первом уровне файловая система соотносит ввод-вывод с уровнем тома или раздела. На следующем уровне компонент программного массива RAID (диспетчер логических дисков в Windows 2000) соотносит ввод-вывод на уровне тома с вводом-выводом на уровне блоков физических дисков. Более того, для предотвращения повреждения данных необходимы методы, задействующие два уровня блокировки сетей хранения данных. Первая блокировка выполняется на уровне файловой системы, что обеспечивает сериализацию между различными системами под управлением Windows, пытающимися записывать совмещающиеся данные в один и тот же файл. Кроме того, поскольку компоненты программного массива RAID попытаются обновить данные о четности файла, диспетчер логических дисков или его аналоги, работающие на разных компьютерах, должны обеспечить механизм взаимоисключающей блокировки сети хранения данных.

Разные клиенты могут использовать различные операционные и файловые системы. Это сложная проблема сама по себе, которую различные поставщики, включая поставщиков NAS, решают с разной степенью успешности. Кроме того, эта проблема включает ряд дополнительных сложностей.

Обеспечение взаимодействия между разными способами отслеживания разрешений для учетных записей пользователей и групп, которые применяются в различных операционных системах.

Обработка семантических различий между открытием и блокировкой файла в операционных и файловых системах.

Обработка различий в соглашениях по именованию. Разные файловые системы поддерживают имена неодинаковой максимальной длины, по-разному обрабатывают регистр в именах файлов и поддерживают различные доступные символы в именах файлов.

Файловые системы поддерживают разные временные метки. Операционная система Windows NT поддерживает три временные метки для одного файла. Файловые системы UNIX обычно поддерживают только две временные метки. Даже если количество временных меток совпадает, единицы измерения времени могут различаться.

Файловые системы в гетерогенных системах могут иметь различные размеры; например, существуют 32- и 64-разрядные файловые системы. Все структуры требуют обеспечения корректного взаимодействия. В практической реализации структуры данных приходится преобразовывать в обоих направлениях, не забывая о необходимости дополнения до размерности в 4, 8, 16, 32 и 64 бит.

На исключительно высоком уровне файловые системы сетей хранения данных могут проектироваться двумя способами.

Симметричный подход, при котором каждый узел в сети хранения данных равен другим узлам и механизм синхронизации распределен по всем узлам. На данный момент симметричные файловые системы для платформы Windows недоступны в продаже.

Асимметричный подход, при котором определенный узел выступает в роли сервера метаданных и центральной точки синхронизации. Сервер метаданных отвечает за управление всеми метаданными файловой системы (например, данные о выделении дисковых кластеров). Другие серверы с файловой системой SAN обращаются к этому серверу для получения метаданных, например информации о выделении дисковых кластеров, а также идентификатора диска, идентификатора LUN и т.д. После получения метаданных серверы могут выполнять ввод-вы- вод непосредственно по сети хранения данных. Некоторые поставщики, например ADIC и ЕМС, предоставляют коммерческие продукты для платформы Windows NT, основанные на асимметричной технологии.