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  GFS專門為Google的核心資料即頁面搜尋的儲存進行了優化。資料使用大到若干G位元組的大檔案持續儲存,而這些檔案極少被刪除、覆蓋或者減小;通常只是進行新增或讀取操作。它也是針對Google的計算機叢集進行的設計和優化,這些節點是由廉價的“常用”計算機組成,這就意味著必須防止單個節點的高損害率和隨之帶來的資料丟失。其它設計理念包括高資料吞吐率,甚至這帶來了存取反應期變差。  節點分為兩類:"主"節點和"Chunkservers"。Chunkservers儲存資料檔案,這些單個的檔案象常見的檔案系統中的簇或者扇區那樣被分成固定大小的資料塊(這也是名字的由來)。每個資料塊有一個唯一的64位標籤,維護從檔案到組成的資料塊的邏輯對映。每個資料塊在網路上覆制一個固定數量的次數,預設次數是3次,對於常用檔案如可執行檔案的次數要更多。  主伺服器通常並不儲存實際的大塊資料,而是儲存與大塊資料相關的後設資料,這樣的資料如對映表格將64位標籤對映到大塊資料位置及其組成的檔案、大塊資料副本位置、哪個程序正在讀寫特定的大資料塊或者追蹤複製大塊資料的“快照”(通常在主伺服器的激發下,當由於節點失敗的時候,一個大資料塊的副本數目降到了設定的數目下)。所有這些後設資料通過主伺服器週期性地接收從每個資料塊伺服器來的更新(“心跳訊息”)保持最新狀態。  操作的允許授權是通過限時的、倒計時“租期”系統來處理的,主伺服器授權一個程序在有限的時間段內訪問資料塊,在這段時間內主伺服器不會授權其它任何程序訪問資料塊。被更改的chunkserver——總是主要的資料塊儲存器,然後將更改複製到其它的chunkserver上。這些變化直到所有的chunkserver確認才儲存起來,這樣就保證了操作的完整性和原子性。  訪問大資料塊的程式首先查詢主伺服器得到所要資料塊的位置,如果大資料塊沒有進行操作(沒有重要的租約),主伺服器回答大資料塊的位置,然後程式就可以直接與chunkserver進行聯絡接收資料(類似於Kazaa和它的超級節點)。

  只能有一個主伺服器——程式碼不允許存在多個主伺服器。這看起來是限制系統可擴充套件性和可靠性的一個缺陷,因為系統的最大儲存容量和正常工作時間受制於主伺服器的容量和正常工作時間,也因為它要將所有的後設資料進行編制,並且因為幾乎所有的動作和請求都經過它;但是Google的工程師們辯解說事實並不是這樣。後設資料是非常緊湊的,僅僅只有數K到數M的大小,並且主伺服器通常是網路上效能最好的節點之一;至於可靠性,通常有一個“影子”主伺服器製作主伺服器的映象,一旦主伺服器失敗它將接替工作。另外,主伺服器極少成為瓶頸,因為客戶端僅僅取得後設資料然後將它們快取起來;隨後的互動工作是直接與chunkservers進行。同樣,使用單個的主伺服器可以大幅度地降低軟體的複雜性,如果有多個的主伺服器,軟體將變得複雜以能夠保證資料完整性、自動操作、負載均衡和安全性。
Google檔案系統(英語:Google File System,縮寫為GFS或GoogleFS),一種專有分散式檔案系統,由Google公司開發,執行於Linux平臺上。儘管Google在2003年公佈了該系統的一些技術細節,但Google並沒有將該系統的軟體部分作為開源軟體釋出。