分布式文件系統(tǒng)FastDFS詳解

1、 分布式文件系統(tǒng)FastDFS詳解目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc503791082 為什么要使用分布式文件系統(tǒng) PAGEREF _Toc503791082 h 3 HYPERLINK l _Toc503791083 單機(jī)時代 PAGEREF _Toc503791083 h 3 HYPERLINK l _Toc503791084 獨立文件服務(wù)器 PAGEREF _Toc503791084 h 3 HYPERLINK l _Toc503791085 分布式文件系統(tǒng) PAGEREF _Toc503791085 h 4 HYPERLINK l _Toc50379

2、1086 FastDFS PAGEREF _Toc503791086 h 4 HYPERLINK l _Toc503791087 什么是FastDFS PAGEREF _Toc503791087 h 4 HYPERLINK l _Toc503791088 FastDFS相關(guān)概念 PAGEREF _Toc503791088 h 5 HYPERLINK l _Toc503791089 上傳機(jī)制 PAGEREF _Toc503791089 h 8 HYPERLINK l _Toc503791090 下載機(jī)制 PAGEREF _Toc503791090 h 11 HYPERLINK l _Toc503

3、791091 同步時間管理 PAGEREF _Toc503791091 h 12 HYPERLINK l _Toc503791092 精巧的文件ID-FID PAGEREF _Toc503791092 h 14為什么要使用分布式文件系統(tǒng)單機(jī)時代初創(chuàng)時期由于時間緊迫，在各種資源有限的情況下，通常就直接在項目目錄下建立靜態(tài)文件夾，用于用戶存放項目中的文件資源。如果按不同類型再細(xì)分，可以在項目目錄下再建立不同的子目錄來區(qū)分。例如：resourcesstaticfile、resourcesstaticimg等。優(yōu)點：這樣做比較便利，項目直接引用就行，實現(xiàn)起來也簡單，無需任何復(fù)雜技術(shù)，保存數(shù)據(jù)庫記錄和訪

4、問起來也很方便。缺點：如果只是后臺系統(tǒng)的使用一般也不會有什么問題，但是作為一個前端網(wǎng)站使用的話就會存在弊端。一方面，文件和代碼耦合在一起，文件越多存放越混亂；另一方面，如果流量比較大，靜態(tài)文件訪問會占據(jù)一定的資源，影響正常業(yè)務(wù)進(jìn)行，不利于網(wǎng)站快速發(fā)展。獨立文件服務(wù)器隨著公司業(yè)務(wù)不斷發(fā)展，將代碼和文件放在同一服務(wù)器的弊端就會越來越明顯。為了解決上面的問題引入獨立圖片服務(wù)器，工作流程如下：項目上傳文件時，首先通過ftp或者ssh將文件上傳到圖片服務(wù)器的某個目錄下，再通過ngnix或者apache來訪問此目錄下的文件，返回一個獨立域名的圖片URL地址，前端使用文件時就通過這個URL地址讀取。優(yōu)點：圖

5、片訪問是很消耗服務(wù)器資源的（因為會涉及到操作系統(tǒng)的上下文切換和磁盤I/O操作），分離出來后，Web/App服務(wù)器可以更專注發(fā)揮動態(tài)處理的能力；獨立存儲，更方便做擴(kuò)容、容災(zāi)和數(shù)據(jù)遷移；方便做圖片訪問請求的負(fù)載均衡，方便應(yīng)用各種緩存策略（HTTP Header、Proxy Cache等），也更加方便遷移到CDN。缺點：單機(jī)存在性能瓶頸，容災(zāi)、垂直擴(kuò)展性稍差分布式文件系統(tǒng)通過獨立文件服務(wù)器可以解決一些問題，如果某天存儲文件的那臺服務(wù)突然down了怎么辦？可能你會說，定時將文件系統(tǒng)備份，這臺down機(jī)的時候，迅速切換到另一臺就OK了，但是這樣處理需要人工來干預(yù)。另外，當(dāng)存儲的文件超過100T的時候怎么

6、辦？單臺服務(wù)器的性能問題？這個時候我們就應(yīng)該考慮分布式文件系統(tǒng)了。業(yè)務(wù)繼續(xù)發(fā)展，單臺服務(wù)器存儲和響應(yīng)也很快到達(dá)了瓶頸，新的業(yè)務(wù)需要文件訪問具有高響應(yīng)性、高可用性來支持系統(tǒng)。分布式文件系統(tǒng)，一般分為三塊內(nèi)容來配合，服務(wù)的存儲、訪問的仲裁系統(tǒng)，文件存儲系統(tǒng)，文件的容災(zāi)系統(tǒng)來構(gòu)成，仲裁系統(tǒng)相當(dāng)于文件服務(wù)器的大腦，根據(jù)一定的算法來決定文件存儲的位置，文件存儲系統(tǒng)負(fù)責(zé)保存文件，容災(zāi)系統(tǒng)負(fù)責(zé)文件系統(tǒng)和自己的相互備份。優(yōu)點：擴(kuò)展能力: 毫無疑問，擴(kuò)展能力是一個分布式文件系統(tǒng)最重要的特點；高可用性: 在分布式文件系統(tǒng)中，高可用性包含兩層，一是整個文件系統(tǒng)的可用性，二是數(shù)據(jù)的完整和一致性；彈性存儲: 可以根據(jù)業(yè)

7、務(wù)需要靈活地增加或縮減數(shù)據(jù)存儲以及增刪存儲池中的資源，而不需要中斷系統(tǒng)運行缺點：系統(tǒng)復(fù)雜度稍高，需要更多服務(wù)器FastDFS毫無疑問FastDFS就屬于我們上面介紹的分布式文件系統(tǒng)，下面我們來詳細(xì)了解一下：什么是FastDFSFastDFS是一個開源的輕量級分布式文件系統(tǒng)。它解決了大數(shù)據(jù)量存儲和負(fù)載均衡等問題。特別適合以中小文件（建議范圍：4KB file_size storage server list的映射表。Tracker需要管理的元信息很少，會全部存儲在內(nèi)存中；另外tracker上的元信息都是由storage匯報的信息生成的，本身不需要持久化任何數(shù)據(jù)，這樣使得tracker非常容易擴(kuò)展

8、，直接增加tracker機(jī)器即可擴(kuò)展為tracker cluster來服務(wù)，cluster里每個tracker之間是完全對等的，所有的tracker都接受stroage的心跳信息，生成元數(shù)據(jù)信息來提供讀寫服務(wù)。storage server：存儲服務(wù)器（又稱：存儲節(jié)點或數(shù)據(jù)服務(wù)器），文件和文件屬性（meta data）都保存到存儲服務(wù)器上。Storage server直接利用OS的文件系統(tǒng)調(diào)用管理文件。Storage server（后簡稱storage）以組（卷，group或volume）為單位組織，一個group內(nèi)包含多臺storage機(jī)器，數(shù)據(jù)互為備份，存儲空間以group內(nèi)容量最小的sto

9、rage為準(zhǔn)，所以建議group內(nèi)的多個storage盡量配置相同，以免造成存儲空間的浪費。以group為單位組織存儲能方便的進(jìn)行應(yīng)用隔離、負(fù)載均衡、副本數(shù)定制（group內(nèi)storage server數(shù)量即為該group的副本數(shù)），比如將不同應(yīng)用數(shù)據(jù)存到不同的group就能隔離應(yīng)用數(shù)據(jù)，同時還可根據(jù)應(yīng)用的訪問特性來將應(yīng)用分配到不同的group來做負(fù)載均衡；缺點是group的容量受單機(jī)存儲容量的限制，同時當(dāng)group內(nèi)有機(jī)器壞掉時，數(shù)據(jù)恢復(fù)只能依賴group內(nèi)地其他機(jī)器，使得恢復(fù)時間會很長。group內(nèi)每個storage的存儲依賴于本地文件系統(tǒng)，storage可配置多個數(shù)據(jù)存儲目錄，比如有10

10、塊磁盤，分別掛載在/data/disk1-/data/disk10，則可將這10個目錄都配置為storage的數(shù)據(jù)存儲目錄。storage接受到寫文件請求時，會根據(jù)配置好的規(guī)則（后面會介紹），選擇其中一個存儲目錄來存儲文件。為了避免單個目錄下的文件數(shù)太多，在storage第一次啟動時，會在每個數(shù)據(jù)存儲目錄里創(chuàng)建2級子目錄，每級256個，總共65536個文件，新寫的文件會以hash的方式被路由到其中某個子目錄下，然后將文件數(shù)據(jù)直接作為一個本地文件存儲到該目錄中。client：客戶端，作為業(yè)務(wù)請求的發(fā)起方，通過專有接口，使用TCP/IP協(xié)議與跟蹤器服務(wù)器或存儲節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。FastDFS向使用

11、者提供基本文件訪問接口，比如upload、download、append、delete等，以客戶端庫的方式提供給用戶使用。另外兩個概念：group ：組， 也可稱為卷。 同組內(nèi)服務(wù)器上的文件是完全相同的 ，同一組內(nèi)的storage server之間是對等的， 文件上傳、 刪除等操作可以在任意一臺storage server上進(jìn)行 。meta data ：文件相關(guān)屬性，鍵值對（ Key Value Pair） 方式，如：width=1024,heigth=768 。Tracker相當(dāng)于FastDFS的大腦，不論是上傳還是下載都是通過tracker來分配資源；客戶端一般可以使用ngnix等靜態(tài)服務(wù)

12、器來調(diào)用或者做一部分的緩存；存儲服務(wù)器內(nèi)部分為卷（或者叫做組），卷于卷之間是平行的關(guān)系，可以根據(jù)資源的使用情況隨時增加，卷內(nèi)服務(wù)器文件相互同步備份，以達(dá)到容災(zāi)的目的。上傳機(jī)制首先客戶端請求Tracker服務(wù)獲取到存儲服務(wù)器的ip地址和端口，然后客戶端根據(jù)返回的IP地址和端口號請求上傳文件，存儲服務(wù)器接收到請求后生產(chǎn)文件，并且將文件內(nèi)容寫入磁盤并返回給客戶端file_id、路徑信息、文件名等信息，客戶端保存相關(guān)信息上傳完畢。內(nèi)部機(jī)制如下：1、選擇tracker server當(dāng)集群中不止一個tracker server時，由于tracker之間是完全對等的關(guān)系，客戶端在upload文件時可以任意選

13、擇一個trakcer。選擇存儲的group當(dāng)tracker接收到upload file的請求時，會為該文件分配一個可以存儲該文件的group，支持如下選擇group的規(guī)則：1、Round robin，所有的group間輪詢 2、Specified group，指定某一個確定的group 3、Load balance，剩余存儲空間多多group優(yōu)先2、選擇storage server當(dāng)選定group后，tracker會在group內(nèi)選擇一個storage server給客戶端，支持如下選擇storage的規(guī)則： 1、Round robin，在group內(nèi)的所有storage間輪詢 2、First

14、 server ordered by ip，按ip排序 3、First server ordered by priority，按優(yōu)先級排序（優(yōu)先級在storage上配置）3、選擇storage path當(dāng)分配好storage server后，客戶端將向storage發(fā)送寫文件請求，storage將會為文件分配一個數(shù)據(jù)存儲目錄，支持如下規(guī)則： 1、Round robin，多個存儲目錄間輪詢 2、剩余存儲空間最多的優(yōu)先4、生成Fileid選定存儲目錄之后，storage會為文件生一個Fileid，由storage server ip、文件創(chuàng)建時間、文件大小、文件crc32和一個隨機(jī)數(shù)拼接而成，然后

15、將這個二進(jìn)制串進(jìn)行base64編碼，轉(zhuǎn)換為可打印的字符串。選擇兩級目錄當(dāng)選定存儲目錄之后，storage會為文件分配一個fileid，每個存儲目錄下有兩級256*256的子目錄，storage會按文件fileid進(jìn)行兩次hash（猜測），路由到其中一個子目錄，然后將文件以fileid為文件名存儲到該子目錄下。5、生成文件名當(dāng)文件存儲到某個子目錄后，即認(rèn)為該文件存儲成功，接下來會為該文件生成一個文件名，文件名由group、存儲目錄、兩級子目錄、fileid、文件后綴名（由客戶端指定，主要用于區(qū)分文件類型）拼接而成。下載機(jī)制客戶端帶上文件名信息請求Tracker服務(wù)獲取到存儲服務(wù)器的ip地址和端口

16、，然后客戶端根據(jù)返回的IP地址和端口號請求下載文件，存儲服務(wù)器接收到請求后返回文件給客戶端。跟upload file一樣，在download file時客戶端可以選擇任意tracker server。tracker發(fā)送download請求給某個tracker，必須帶上文件名信息，tracke從文件名中解析出文件的group、大小、創(chuàng)建時間等信息，然后為該請求選擇一個storage用來服務(wù)讀請求。由于group內(nèi)的文件同步時在后臺異步進(jìn)行的，所以有可能出現(xiàn)在讀到時候，文件還沒有同步到某些storage server上，為了盡量避免訪問到這樣的storage，tracker按照如下規(guī)則選擇grou

17、p內(nèi)可讀的storage。1、該文件上傳到的源頭storage - 源頭storage只要存活著，肯定包含這個文件，源頭的地址被編碼在文件名中。2、文件創(chuàng)建時間戳=storage被同步到的時間戳 且(當(dāng)前時間-文件創(chuàng)建時間戳) 文件同步最大時間（如5分鐘) - 文件創(chuàng)建后，認(rèn)為經(jīng)過最大同步時間后，肯定已經(jīng)同步到其他storage了。 3、文件創(chuàng)建時間戳 同步延遲閥值（如一天）。 - 經(jīng)過同步延遲閾值時間，認(rèn)為文件肯定已經(jīng)同步了。同步時間管理當(dāng)一個文件上傳成功后，客戶端馬上發(fā)起對該文件下載請求（或刪除請求）時，tracker是如何選定一個適用的存儲服務(wù)器呢？其實每個存儲服務(wù)器都需要定時將自身的信

18、息上報給tracker，這些信息就包括了本地同步時間（即，同步到的最新文件的時間戳）。而tracker根據(jù)各個存儲服務(wù)器的上報情況，就能夠知道剛剛上傳的文件，在該存儲組中是否已完成了同步。同步信息上報如下圖：寫文件時，客戶端將文件寫至group內(nèi)一個storage server即認(rèn)為寫文件成功，storage server寫完文件后，會由后臺線程將文件同步至同group內(nèi)其他的storage server。每個storage寫文件后，同時會寫一份binlog，binlog里不包含文件數(shù)據(jù)，只包含文件名等元信息，這份binlog用于后臺同步，storage會記錄向group內(nèi)其他storage同

19、步的進(jìn)度，以便重啟后能接上次的進(jìn)度繼續(xù)同步；進(jìn)度以時間戳的方式進(jìn)行記錄，所以最好能保證集群內(nèi)所有server的時鐘保持同步。storage的同步進(jìn)度會作為元數(shù)據(jù)的一部分匯報到tracker上，tracke在選擇讀storage的時候會以同步進(jìn)度作為參考。比如一個group內(nèi)有A、B、C三個storage server，A向C同步到進(jìn)度為T1 (T1以前寫的文件都已經(jīng)同步到B上了），B向C同步到時間戳為T2（T2 T1)，tracker接收到這些同步進(jìn)度信息時，就會進(jìn)行整理，將最小的那個做為C的同步時間戳，本例中T1即為C的同步時間戳為T1（即所有T1以前寫的數(shù)據(jù)都已經(jīng)同步到C上了）；同理，根據(jù)上述規(guī)則，tr