城市规模不断拓展,智慧城市、平安城市的建设成为当务之急,同时大小行业,如银行、机场监控等,对安防视频监控提出高清化、网络化等需求。监控视频7*24小时的工作模式,使视频监控文件呈爆炸性趋势增长。借助虚拟化、可扩展、分布式存储于一身的解决方案来改变传统视频存储扩展性差、无法共享等架构模式已经提上日程,在此背景下,云存储顺势而生。通过对比Lustre、Ceph、HDFS、GlusterFS四种开源分布式文件系统,GlusterFS在扩展性、高可用、高可靠性等方面有着更好的优势,所以本文选用GlusterFS作为提供中小规模安防视频监控云存储服务的分布式文件系统。其无元数据服务器的架构设计避免了单点故障或性能瓶颈问题,有更好的扩展性,但同时也发现了其无元数据架构在文件操作效率方面的问题,特别是其无目录树结构,目录文件的访问问题尤为突出。GlusterFS在高扩展性和文件高效访问之间有一个权衡。通过深入研究GlusterFS的底层实现和处理流程,本文在总结了其目录文件操作瓶颈的基础上,发现在兼顾高扩展性的同时可以进一步提高目录文件操作效率。针对视频监控特殊的应用场景,本文提出了基于类型的内核目录项缓存的优化方案。该方案利用Linux内核提供的一些缓存机制,打破了传统缓存机制无法识别数据类型而省缺所有数据都缓存的局限性,按照缓存数据类别不同(目录项元数据和视频数据)实行不同的缓存策略,来改进GlusterFS无全局目录树结构的问题。无元数据架构的文件系统,如GlusterFS,应该有相应元数据缓存机制。GlusterFS是堆栈式架构,对元数据访问提供了优化,但对于元数据缓存没有成型的机制。针对此缺陷,本文提出了元数据缓存机制DCM,使得能够提供更高的目录文件操作效率,不仅能优化视频场景的检索应用,而且针对无元数据服务器的普遍架构,该机制都适用。多客户端存在,缓存一致性和缓存保持之间要根据实际应用来权衡。GlusterFS模块化堆栈式的架构使其可以动态伸缩各功能项,本文在此基础上,优化了目录项预读功能模块Readdir-Ahead Translator并设计了目录项缓存功能模块dentry-cache Translator。在设计dentry-cache Translator时,缓存的一致性和缓存的保持总是存在矛盾。由于应用的特殊性,本文将缓存的保持放在第一优先级,在一致性方面,通过时效策略实现弱一致性。优化后的GlusterFS在目录操作方面性能提升了数十倍,用户等待时间基本控制在1s内。