Java高级架构之FastDFS分布式文件集群

FastDFS简介

FastDFS是一款开源的轻量级分布式文件系统，使用C实现，支持Linux、BSD等unix-like操作系统。值得注意的是，fastdfs并不是通用的文件系统，只能通过专用的API访问。
fastdfs为互联网应用量身定做，解决了大容量文件存储的问题，fastdfs追求高性能和高扩展性。fastdfs的主要概念：

• tracker-server：跟踪服务器。用于跟踪文件，主要起调度作用。在内存中记录了所有存储组和存储服务器的状态信息，是客户端和数据存储的主要枢纽。相比GFS更为精简，因为不记录文件索引。

• storage-server: 存储服务器。用于存储文件。直接使用操作系统的文件系统来管理和组织文件。

• group: 组，卷。多个服务器存在一个组中，在一个组中的服务器存储的文件是完全相同的，并且同一个组的服务器地位是对等的。对于文件的操作可以在任意一个组中的服务器上进行。

• metadata: 元数据。以键值对的方式存储，用于存储文件的相关信息。

各大存储系统的对比

话说没有对比就没有伤害，fastdfs也不是万能的，需要根据业务来选择适合的存储系统。

存储系统	适合存储的文件类型	文件分布情况	系统性能	复杂度	FUSE(用户文件系统)	POSIX()	备份机制	通讯协议接口	社区情况	实现语言
FastDFS	4KB至500MB	将小文件合并存储	很高	简单	不支持	不支持	组内冗余备份	HTTP API	国内用户	C
TFS	所有文件	小文件合并以块组织分片	-	复杂	不支持	不支持	块存储多份,主辅灾备	HTTP API	少	C++
MFS	大于64K	分片存储	Master节点占用内存较高	-	支持	支持	多点备份,动态冗余	使用FUSE挂载	较多	Perl
HDFS	大文件	大文件分片块存储	-	简单	支持	支持	多副本	原生API	较多	Java
Ceph	对象大文件	OSD一主多从	-	复杂	支持	支持	多副本	原生API	较少	C++
MogileFS	海量小图片	-	高	复杂	支持	不支持	动态冗余	原生API	文档少	Perl
ClusterFS	大文件	-	-	简单	支持	支持	-	-	多	C

• GitHub项目主页：https://github.com/happyfish100/fastdfs

FastDFS客户端与服务器端交互原理

FastDFS+Nginx整合

• 架构图

• 安装FastDFS

mkdir /source
cd /source
yum install -y gcc gcc-c++ make cmake wget libevent
wget https://github.com/happyfish100/libfastcommon/archive/V1.0.35.tar.gz
wget https://github.com/happyfish100/fastdfs/archive/V5.10.tar.gz
tar -zxvf V1.0.35.tar.gz
tar -zxvf V5.10.tar.gz
cd libfastcommon-1.0.35
./make.sh
./make.sh install
ln -s /usr/lib64/libfastcommon.so /usr/local/lib/libfastcommon.so
cd ../
cd fastdfs-5.10/
./make.sh
./make.sh install
cd ../
cp /etc/fdfs/tracker.conf.sample /etc/fdfs/tracker.conf
cp /etc/fdfs/storage.conf.sample /etc/fdfs/storage.conf
cp /etc/fdfs/client.conf.sample /etc/fdfs/client.conf
mkdir -p /data/fdfs/tracker
mkdir -p /data/fdfs/storage
mkdir -p /data/fdfs/client
ln -s /usr/bin/stop.sh /usr/local/bin/stop.sh
ln -s /usr/bin/restart.sh /usr/local/bin/restart.sh

• 修改配置文件

修改跟踪器配置文件：

base_path=/data/fdfs/tracker

修改存储器配置文件：

base_path=/data/fdfs/storage
store_path0=/data/fdfs/storage
tracker_server=192.168.80.3:22122

修改客户端配置文件：

base_path=/data/fdfs/client
tracker_server=192.168.80.3:22122

• 启动

/etc/init.d/fdfs_trackerd start
/etc/init.d/fdfs_storaged start

netstat -tunlap | grep :22122
tcp        0      0 0.0.0.0:22122           0.0.0.0:*               LISTEN      7247/fdfs_trackerd  
tcp        0      0 192.168.80.3:22122      192.168.80.3:39318      ESTABLISHED 7247/fdfs_trackerd  
tcp        0      0 192.168.80.3:39318      192.168.80.3:22122      ESTABLISHED 7444/fdfs_storaged 

启动后要查看状态, 出现 active (exited) 字样可以尝试重启服务。

• 测试

/usr/bin/fdfs_upload_file /etc/fdfs/client.conf /source/FastDFS_v5.05.tar.gz
group1/M00/00/00/wKhQA1ysjSGAPjXbAAVFOL7FJU4.tar.gz

文件存储在：

ll /data/fdfs/storage/data/00/00/wKhQA1ysjSGAPjXbAAVFOL7FJU4.tar.gz

• 安装Nginx并配置模块

# 安装Nginx需要的pcre（Perl兼容正则表达式）库，允许Nginx使用rewrite模块提供URL重写功能。
yum install pcre pcre-devel perl-ExtUtils-Embed -y
# 安装openssl-devel，允许Nginx提供HTTPS服务。
yum install openssl-devel -y
# 下载软件包
cd /source
wget http://59.80.44.46/nginx.org/download/nginx-1.14.2.tar.gz
wget http://nchc.dl.sourceforge.net/project/fastdfs/FastDFS%20Nginx%20Module%20Source%20Code/fastdfs-nginx-module_v1.16.tar.gz
# 解压软件包
tar xvf nginx-1.14.2.tar.gz
tar xvf fastdfs-nginx-module_v1.16.tar.gz
# 创建必要的软连接
ln -s /usr/include/fastdfs/ /usr/local/include/fastdfs
ln -s /usr/include/fastcommon/ /usr/local/include/fastcommon
cp fastdfs-5.10/conf/http.conf /etc/fdfs/
cp fastdfs-5.10/conf/mime.types /etc/fdfs/
cp fastdfs-nginx-module/src/mod_fastdfs.conf /etc/fdfs/
mkdir -p /data/fdfs/fastdfs-nginx-module

修改配置文件 /etc/fdfs/mod_fastdfs.conf :

connect_timeout=10
base_path=/data/fdfs/fastdfs-nginx-module
# 配置服务器的地址
tracker_server=192.168.80.3:22122
url_have_group_name = true
store_path0=/data/fdfs/storage

mkdir /applications
mkdir /tmp/nginx
useradd nginx -s /sbin/nologin -M
cd nginx-1.14.2
./configure \
--user=nginx \
--group=nginx \
--prefix=/applications/nginx-1.14.2 \
--with-http_ssl_module \
--with-http_gzip_static_module \
--http-client-body-temp-path=/tmp/nginx/client \
--http-proxy-temp-path=/tmp/nginx/proxy \
--http-fastcgi-temp-path=/tmp/nginx/cgi \
--with-poll_module \
--with-file-aio \
--with-http_realip_module \
--with-http_addition_module \
--with-http_random_index_module \
--with-pcre \
--with-http_stub_status_module \
--with-stream \
--add-module=/source/fastdfs-nginx-module/src
make
make install
ln -s /applications/nginx-1.14.2/ /applications/nginx
chown -R nginx.nginx /applications/nginx
chown -R nginx.nginx /applications/nginx-1.14.2/
chown -R nginx.nginx /tmp/nginx/

修改配置文件 /applications/nginx/conf/nginx.conf, 在http区块添加：

server {
        listen       8000;
        server_name  media;

        location / {
            root   html;
            index  index.html index.htm;
        }

        # 拦截文件请求，转发到下面的模块
        location ~/group[0-9] {
            ngx_fastdfs_module;
        }

        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        location = /50x.html {
            root   html;
        }
    }

测试配置文件正确性并启动：

/applications/nginx/sbin/nginx -t
/applications/nginx/sbin/nginx

删除临时文件：

rm -rf fastdfs-5.10
rm -rf fastdfs-nginx-module
rm -rf libfastcommon-1.0.35
rm -rf nginx-1.14.2

测试Nginx文件下载功能, 在浏览器输入： http://192.168.80.3:8000/group1/M00/00/00/wKhQA1ysjSGAPjXbAAVFOL7FJU4.tar.gz

一个nginx只能访问一个storage服务器的数据，所以多个storage服务器要配置多个nginx，然后将nginx按照请求路径中的组id(groupid)进行路由。

简单的启动停止服务的脚本：

# start-service
# usage: ./start-service
echo "============================================Sync datetime==========================================="
ntpdate time7.aliyun.com
echo "===========================================Getting status==========================================="
/etc/init.d/fdfs_trackerd status
/etc/init.d/fdfs_storaged status
echo "==========================================Starting service=========================================="
/etc/init.d/fdfs_storaged start
/etc/init.d/fdfs_trackerd start
echo "===========================================Getting status==========================================="
/etc/init.d/fdfs_trackerd status
/etc/init.d/fdfs_storaged status
echo "=========================================Testing config file========================================"
/applications/nginx/sbin/nginx -t
echo "=========================================Starting web server========================================"
/applications/nginx/sbin/nginx
echo "=======================================Getting network status======================================="
sleep 5s
netstat -tunlap | grep :22122
netstat -tunlap | grep :8000

# stop-service
# usage: ./stop-service
echo "===========================================Getting status==========================================="
/etc/init.d/fdfs_trackerd status
/etc/init.d/fdfs_storaged status
echo "==========================================Stopping service=========================================="
/etc/init.d/fdfs_storaged stop
/etc/init.d/fdfs_trackerd stop
echo "========================================Stopping web server========================================="
kill `cat /applications/nginx/logs/nginx.pid`
echo "===========================================Getting status==========================================="
/etc/init.d/fdfs_trackerd status
/etc/init.d/fdfs_storaged status
echo "=======================================Getting network status======================================="
sleep 5s
netstat -tunlap | grep :22122
netstat -tunlap | grep :8000

基于Token的防盗链实现

FastDFS内置使用Token的方式实现防盗链，Token是带有时效性的，Token中包含了文件id、时间戳ts和token。在FastDFS中使用URL带上ts和token的方式请求资源。在FastDFS中提供了生成Token的算法，扩展模块会对Token进行验证。由于Token的生成和校验都在服务器端，因此不会存在安全性问题。链接示例：

http://192.168.1.15:8080/group1/M01/01/01/wKgBD01c15nvKU1cAABAOeCdFS466570.c?token=b32cd06a53dea4376e43d71cc882f9cb&ts=1297930137

在 /etc/fdfs/http.conf 中修改：

# 开启Token校验
http.anti_steal.check_token=true
# Token的声明周期为240秒
http.anti_steal.token_ttl=240
# 加密字符串，可以使用 openssl rand -base64 64 生成
http.anti_steal.secret_key=2scPwMPctXhbLVOYB0jyuyQzytOofmFCBIYe65n56PPYVWrntxzLIDbPdvDDLJM8QHhKxSGWTcr+9VdG3yptkw
# Token校验失败的时候返回的图片 
http.anti_steal.token_check_fail=/data/fdfs/error.svg

• 使用Java客户端验证：

将客户端安装到本地仓库：

git clone https://github.com/happyfish100/fastdfs-client-java.git
cd fastdfs-client-java
mvn clean install

使用Maven创建一个普通的项目，在POM文件中添加依赖：

    
        org.csource
        fastdfs-client-java
        1.27-SNAPSHOT
    

在resources目录下创建FastDFS配置文件 fastdfs-client.properties :

fastdfs.connect_timeout_in_seconds = 5
fastdfs.network_timeout_in_seconds = 30
fastdfs.charset = UTF-8
fastdfs.http_anti_steal_token = true
fastdfs.http_secret_key = 2scPwMPctXhbLVOYB0jyuyQzytOofmFCBIYe65n56PPYVWrntxzLIDbPdvDDLJM8QHhKxSGWTcr+9VdG3yptkw
fastdfs.http_tracker_http_port = 8080
fastdfs.tracker_servers = 192.168.80.3:22122

创建 com.bluemiaomiao.Demo.java 类文件：

package com.bluemiaomiao;

import org.csource.common.MyException;
import org.csource.fastdfs.ClientGlobal;
import org.csource.fastdfs.ProtoCommon;
import java.io.IOException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Properties;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws IOException, MyException, NoSuchAlgorithmException {
        // 加载配置文件
        Properties prop = new Properties();
        prop.load(Demo.class.getResourceAsStream("/fastdfs-client.properties"));
        ClientGlobal.initByProperties(prop);
        // 显示初始化配置信息
        System.out.println(ClientGlobal.configInfo());
        // 使用文件上传工具返回的地址，一般情况下保存在数据库中
        String remoteFileName = "group1/M00/00/00/wKhQA1ysjSGAPjXbAAVFOL7FJU4.tar.gz";
        // 获取当前时间戳
        int ts = (int)(System.currentTimeMillis()/1000);
        // 获取Token, 传入的文件ID不要含有分组信息
        String token = ProtoCommon.getToken("M00/00/00/wKhQA1ysjSGAPjXbAAVFOL7FJU4.tar.gz", ts, prop.getProperty("fastdfs.http_secret_key"));
        // 使用浏览器访问返回的URL
        System.out.println("http://192.168.80.3:8000/" + remoteFileName + "?token=" + token + "&ts=" + ts);
    }
}

如果访问时显示防盗链图片，可能是测试客户端与服务器之间的之间有一定差距，两个主机之间不能有分钟级别的差距，可以使用如下方法同步服务器：

# 安装同步时间服务器的客户端, Windows系统也需要与该服务器同步
# 控制面板->时钟和区域->设置日期和时间->Internet时间->更改设置
yum install ntpdate
ntpdate time7.aliyun.com

整合FastDHT实现数据去重

FastDHT是分布式哈希系统（DHT），使用BerkeleyDB做数据存储，使用libevent做网络IO处理。依赖于libfastcommon组件。

• 下载

去Oracle官方网站下载 Berkeley DB 数据库，去Fastdfs的GitHub主页下载FastDHT的源码包。由于之前已经安装过linevent和libfastcommon，因此只需要安装数据库和FastDHT即可。

• 安装配置数据库与FastDHT

tar -xvf db-6.2.23.tar.gz
cd db-6.2.23/build_unix/
../dist/configure --prefix=/applications/db-6.2.23
make -j
make install
echo '/applications/db-6.2.23/lib/' >> /etc/ld.so.conf
ldconfig
cd ../../
rm -rf db-6.2.23
unzip fastdht-master.zip
cd fastdht-master
vim make.sh

修改第27行代码：

CFLAGS='-Wall -D_FILE_OFFSET_BITS=64 -D_GNU_SOURCE -I /applications/db-6.2.23/include/ -L /applications/db-6.2.23/lib/'

-I： 指定数据库提供的头文件目录

-L： 指定数据库提供的库文件目录

./make.sh
./make.sh install
cd ../
rm -rf fastdht-master

• 配置

mkdir /data/fdht

修改 /etc/fdht/fdht_client.conf 内容：

base_path=/data/fdht
#include /etc/fdht/fdht_servers.conf

修改 /etc/fdht/fdht_servers.conf 内容：

group0 = 192.168.80.3:11411

修改 /etc/fdht/fdhtd.conf 内容：

base_path=/data/fdht
#include /etc/fdht/fdht_servers.conf

修改 /etc/fdfs/storage.conf 内容：

check_file_duplicate=1
key_namespace=FastDFS
keep_alive=1
#include /etc/fdht/fdht_servers.conf

主要需要包含服务器端配置文件。

ln -s /applications/db-6.2.23/lib/libdb-6.2.so /usr/lib/libdb-6.2.so
ln -s /applications/db-6.2.23/lib/libdb-6.2.so /usr/lib64/libdb-6.2.so

• 启动并测试

fdhtd /etc/fdht/fdhtd.conf

重启使用：

fdhtd /etc/fdht/fdhtd.conf restart

查看结果：

netstat -tunlap | grep :11411
tcp        0      0 0.0.0.0:11411           0.0.0.0:*               LISTEN      20605/fdhtd

• 由于安装FastDHT的时候关闭了FastDFS，因此需要启动FastDFS

./start-service

修改之前的 start-service 脚本, 在启动tracker和storage服务之前添加：

fdhtd /etc/fdht/fdhtd.conf

在查看tracker和ngixn网络状态之前添加：

netstat -tunlap | grep :11411

测试：

fdfs_upload_file /etc/fdfs/client.conf /source/db-6.2.23.tar.gz
group1/M00/00/00/wKhQA1yu2L6APTk-AqQOLABfhaQ.tar.gz
fdfs_upload_file /etc/fdfs/client.conf /source/db-6.2.23.tar.gz
group1/M00/00/00/wKhQA1yu2MKAOmIiAqQOLHUWXfw.tar.gz
ll /data/fdfs/storage/data/00/00/
total 45268
-rw-r--r-- 1 root root 44305964 Apr 11 14:03 wKhQA1yu2L6AM0aiAqQOLKFBFuc.tar.gz
lrwxrwxrwx 1 root root       64 Apr 11 14:03 wKhQA1yu2L6APTk-AqQOLABfhaQ.tar.gz -> /data/fdfs/storage/data/00/00/wKhQA1yu2L6AM0aiAqQOLKFBFuc.tar.gz
lrwxrwxrwx 1 root root       64 Apr 11 14:03 wKhQA1yu2MKAOmIiAqQOLHUWXfw.tar.gz -> /data/fdfs/storage/data/00/00/wKhQA1yu2L6AM0aiAqQOLKFBFuc.tar.gz

自定义 fastdfs-spring-boot-starter

为了快速构建SpringBoot项目，我们可以自定义一个场景启动器来解决。详细信息：https://github.com/bluemiaomiao/fastdfs-spring-boot-starter .

下面使用SpringBoot构建一个示例项目:

• 添加依赖：

    com.bluemiaomiao
    fastdfs-spring-boot-starter
    1.0-SNAPSHOT

• 在主配置类中添加注解：

  @EnableFastdfsClient
  @SpringBootApplication
  public class DemoApplication {
  
  @Autowired
  private FastdfsClientService fastdfsClientService;
  
  public static void main(String[] args) {
      SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);
  }
  }

此时将会自动初始化好全局客户端。