入選 SOSP'25：百度智能云對象存儲破解業界難題，掃清大數據上云障礙

　　恭喜百度滄海・存儲團隊與中國科學技術大學、清華大學合作的論文《Mantle: Efficient Hierarchical Metadata Management for Cloud Object Storage Services》已正式被計算機系統領域頂級學術會議 SOSP'25(Symposium on Operating Systems Principles)錄用!

　　SOSP 與 OSDI 并稱為操作系統與系統軟件領域最具影響力的兩大學術會議,是全球計算機領域公認的最高榮譽殿堂。本屆 SOSP 共收到 368 篇投稿,最終僅錄用 65 篇,錄取率低至 17.7%,代表了該領域當前最前沿、最具影響力的研究成果。

　　該論文詳細介紹了百度智能云對象存儲 BOS 的分布式層級 Namespace 系統 Mantle 的核心設計。Mantle 成功攻克了困擾業界多年的難題,使得對象存儲 BOS 的層級 Namespace 能夠同時具備可擴展性與高性能,為 AI 時代的大數據上云徹底掃清了障礙。

　　注:標 * 為共同一作,其中 Biao Cao 為百度智能云高級架構師

　　傳統對象存儲的困境:層級 Namespace 難逃單機瓶頸

　　多年以來,HDFS 一直是大數據存儲的代名詞。然而,隨著數據規模的日益增大,其固有缺陷愈發凸顯:其一,三副本機制導致存儲成本高昂;其二,單 Namenode 的設計將文件規模限制在數億級別,難以滿足 AI 時代單桶百億甚至千億文件的擴展性需求;其三,復雜的運維工作對技術團隊提出了極高要求。

　　在此背景下,具備「低成本、無限擴展、云原生免運維」等優勢的對象存儲,迅速成為構建新一代數據湖存儲底座的共識,以支撐更大數據規模的大數據計算業務。但一個關鍵瓶頸橫亙眼前:傳統對象存儲采用的「平坦 Namespace」難以高效支持依賴文件系統語義的大數據計算任務(如目錄遍歷、遞歸刪除、路徑重命名等),導致其在特定場景下的性能遠不如 HDFS。

　　為了彌合這一鴻溝,業界普遍認為,為對象存儲增加「層級 Namespace」能力是必然趨勢。但遺憾的是,主流云廠商的現有方案始終未能擺脫單機性能瓶頸,其擴展性與 HDFS 相比并無本質飛躍。

　　兩大核心挑戰:為何高性能的分布式層級 Namespace 如此難解?

　　構建一套面向大規模對象存儲服務、真正分布式的層級 Namespace,面臨著兩個長期未被攻克的嚴峻性能挑戰:

　　長路徑解析開銷巨大:解析一個深層文件路徑,如 /A/B/C/D/file.txt,需要多次網絡通信,累積延遲極高,嚴重拖慢計算效率。傳統的客戶端緩存,在對象存儲基于 Restful API、無狀態 Proxy 的架構下難以實施。而簡單的并行路徑解析方案,在高并發場景下又因線程過度調度而引發資源爭搶,適得其反。

　　分布式事務沖突頻發:當數千乃至上萬個計算任務并發地對同一目錄進行創建、刪除或重命名操作時,傳統分布式事務機制會產生海量的讀寫沖突與重試,導致系統吞吐量斷崖式下跌。即便放寬隔離級別等緩解手段,也難以根治跨目錄重命名等復雜操作帶來的根本性沖突問題。

　　正因為如此,業界一直缺乏一種既能發揮對象存儲成本與擴展性優勢,同時又能媲美 HDFS 性能的真正可擴展、高性能的層級命名空間解決方案,導致「對象存儲成為數據湖存儲底座」的愿景,在實際落地中屢屢受阻。

　　Mantle:全球首個破局者 —— 融合文件和對象存儲的優勢,構建數據湖堅實底座

　　百度滄海・存儲研發的 Mantle,正是全球范圍內第一個公開的、完整解決上述兩大難題,并成功經受了超大規模生產環境長期檢驗的「分布式層級 Namespace 系統」。

　　Mantle 創新性地將傳統文件系統的強大語義優勢,與新型對象存儲的低成本、可擴展、云原生易運維特性完美融合,實現了革命性的突破,為 EB 級別的新一代數據湖打開了前所未有的想象空間。

　　此次入選 SOSP'25 的論文,所闡述的正是這套兼具擴展性與卓越性能的方案,它標志著對象存儲真正成為云原生數據湖的堅實底座。

　　卓越性能:延遲降低最高 99.1%,吞吐提升最高 115 倍

　　分布式層級 Namespace 系統 Mantle 不僅解決了理論難題,更在實踐中創造了令人驚嘆的性能表現:

　　極致性能:與 Tectonic、InfiniFS 和 LocoFS 等業界最新進展相比,Mantle 將元數據訪問延遲降低了 6.6% 至 99.1%,吞吐量提高了 0.07 倍至 115.00 倍。

　　業務加速:在交互式 Spark 分析場景,作業完成時間縮短了 63.3% 至 93.3%。在 AI 驅動的音頻預處理任務中,作業完成時間縮短了 38.5% 至 47.7%。

　　目前,Mantle 已在百度智能云對象存儲 BOS 的生產環境中大規模上線超過兩年,提供了成熟可靠的服務。它為云上眾多客戶的大數據分析、人工智能、自動駕駛等關鍵業務提供了堅實、高效的存儲底座。

　　不止于論文:百度滄海·存儲元數據面架構的創新故事

　　關于 Mantle 論文技術解讀,以及百度滄海·存儲元數據面架構的創新故事,后續將在微信公眾號百度智能云技術站首發,敬請期待!