SeaWeedfs 分布式网络文件存储介绍

SeaWeedfs 分布式网络文件存储介绍

引子

随着业务量增长，一个系统需要存储上百万文件的情况越来越多，尤其是互联网网站。在这种情况下依然使用传统磁盘/共享存储的方式进行支持会有以下问题：
* 文件的备份、恢复困难，大量文件的copy 耗时耗力
* 文件数量暴增占满操作系统文件系统inode，导致磁盘空间虽然没有用完但是因为inode用尽无法使用
* 文件读取效率太低，无法应对高并发读取要求
针对以上问题，facebook 提出了自己的方案 Facebook’s Haystack design paper 。 之后各种实现出现，如tfs、MogileFS、GlusterFS等，其中Seaweedfs是一个比较优秀的实现。具有效率高、结构简单、代码清晰等优点。本文针对seaweesfs进行简要的分析，在开始之前推荐阅读facebook的论文以学习理解NoFS（Net Object File System） 相关的理念。

拓扑结构

                111 模式下的复写
 --------------------------------------------------------
|            DataCenter A          DataCenterB    ....  |
|              |                       |                |
|              ├─Rack a                ├─Rack b         |
|              |                       |                |
|              ├─DataNode1             ├─DataNode3      |
|              |    ├─Volume1          |      ├─Volume2 |
|              |    ├─Volume2          |      ├─Volume3 |
|              ├─Rack c                ├─Rack d
|              ├─ DataNode2            ├─DataNode4      |
|              |  ├─Volume2            |   ├─Volume1    |
|              |  ├─Volume3            |   ├─Volume3    |
 --------------------------------------------------------

在逻辑上Seaweedfs的几个概念：
* Node 系统抽象的节点，抽象为DataCenter、Rack、DataNode
* DataCenter 数据中心，对应现实中的不同机房
* Rack 机架，对应现实中的机柜
* Datanode 存储节点，用于管理、存储逻辑卷
* Volume 逻辑卷，存储的逻辑结构，逻辑卷下存储Needle
* Needle 逻辑卷中的Object，对应存储的文件
* Collection 文件集，可以分布在多个逻辑卷上

在实际实现中

代码结构

文件目录          逻辑层级   用途
weed
├── command          1    weed的命令抽象
├── filer            2 
├── filer2           2    Filer 实现
├── filesys          2    FUSE mount到本地操作系统的实现
├── glide.yaml       0    包依赖关系
├── glog             4    日志组件
├── images           3    对图片的伸缩/矫正操作
├── operation        4    对于查询/读写的一些原子操作工具类，如通过http请求查询master下指定的volume
├── pb               4    MasterServer和VolumeServer之间 gRpc 心跳实现，主要是两个pb 文件以及自动生成的go-grpc文件
├── security         4    安全模块，主要是黑白名单实现，JWT实现
├── sequence         3    序列号生成
├── server           2    服务器实现，包括MasterServer/VolumeServer/FilerServer的实现
├── stats            3    监控状态，主要是主机内存、磁盘等
├── storage          3    物理存储的部分，包括物理Needle/物理卷Volume 的读写
├── tools            1    实用的工具
├── topology         2    逻辑拓扑结构，Datacenter、Rack、DataNode，主要是全局卷伸缩/查找等操作
├── util             4    工具类
└── weed.go          0    主程序

部署结构

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|             HttpClient
|                 |
|             MasterServer1 <====Http/Raft=====> MasterServer2 <====Http/Raft=====> MasterServer3(leader)
|                     ||                                    ||
|               ( grpc||HeartBeat)                   ( grpc||HeartBeat)
|                     ||                                    ||
|                    ├─VolumeServer(多个)                    ├─VolumeServer(多个)
|                         ├─Stroage
|                             ├─VolumeData(.dat/.idx)
|                                ├─Needles
|                             ├─VolumeData(.dat/.idx)
|                                ├─Needles
|                         ├─Stroage
|                             ├─VolumeData(.dat/.idx)
|                                ├─Needles
|
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

使用指南

详见： [Seaweedfs wiki](https://github.com/chrislusf/seaweedfs/wiki/Getting-Started) 

不足与问题

* seaweedfs 采用的是同步式复写有以下几个问题：
 a. 当在某个volume-server 下线又上线恢复的情况下，没有自动的同步机制
 b. 同步复写需要等待每个节点都复写成功，效率相对较低
 c. 虽然节点的上下线会快速通过心跳通知master节点，但是仍然存在一定的延迟，期间Volume-Server在复写的时候可能会出现因为复写已经下线的volume-server导致上传失败的情况
* seaweedfs目前在权限管理方面还相对比较弱，目前仅有一个白名单控制机制，来控制外部的读写权限/恶意删除。