什么是分布式文件系统

文件系统管理的物理存储资源不一定直接连接在本地节点上，而是通过计算机网络与节点相连。分布式文件系统的设计基于客户机/服务器模式。
一个典型的网络可能包含多个供多用户访问的服务器。另外，对等特性允许一些系统扮演客户机和服务器的双重角色。

技术应用场景

文件太多如何高效存储？用户访问量大如何保证下载速度？

采用分布式文件系统可以将多个地点的文件系统通过网络连接起来，组成一个文件系统网络，节点之间通过网络进行通信，一个文件系统的存储和传输能力有限，让文件在多台计算机上存储，通过多台计算机共同传输。

主流的分布式文件系统

NFS：一个映射关系文件系统，大学机房文件共享一般使用。
GFS：google出品，文件分块存储到不同数据节点，有容错，备份，主从
HDFS: hadpoo中常用，类似GFS

分布式文件服务提供商

阿里OSS
七牛云存储
百度云存储

fastDFS

fastDFS由C语言编写，由淘宝资深架构师余庆编写并开源。fastDFS专为互联网打造，充分考虑冗余备份，负载均衡，线性扩容等机制，并注重高可用，高性能等指标，使用fastDFS很容易搭建一套高性能的文件服务器集群提供文件上传，下载等服务。

上述的通过分布式文件系统，虽然开发体验好，但是系统复杂性高，性能一般。fastDFS非常适合存储图片等小文件，fastDFS不对文件进行分块，所以没有分块合并的开销，fastDFS网络通信采用socket，通信速度快。

fastDFS工作原理

fastDFS架构

fastDFS架构包括Tracker server和Storageserver。客户端请求Tracker server进行文件上传，下载，通过Tracker server调度最终由
Storageserver完成文件上传和下载。

图一.png

Tracker

Tracker server作用是负载均衡和调度，通过Tracker server在文件上传时可以根据一些策略找到Storageserver提供文件上传服务。可以将tracker称为追踪服务器或调度服务器。

fastDFS集群中的Tracker server可以有多台，Tracker server之间时相互平等关系同时提供服务，Tracker server不存在单点故障。客户端请求Tracker server采用轮询方式，如果请求的tracker无法提供服务则换另一个tracker。

Storage

Storage Server作用时文件存储，客户端上传的文件最终存储在Storage服务器上，Storage Server没有实现自己的文件系统而是使用操作系统的文件系统来管理文件。可将storage称为存储服务器。

Storage集群采用了分组存储方式。stroage集群由一个或多个组构成，集群存储总容量为集群中所有组的存储容量之和。一个组由一台或多台存储服务器组成，组内的Storage Server之间时平等关系，不同组的Storage
server之间不会相互通信，同组内的Storage server 之间会相互连接进行文件同步，从而保证同组每个storage 上的文件完全一致的。一个组的存储容量为该组内存储服务器容量最小的那个，由此可见组内存储服务器的软硬件配置最好是一致的。

采用分组存储方式的好处是灵活、可控性较强．比如上传文件时，可以由客户端直接指定上传到的组也可以由tracker进行调度选择。一个分组的存储服务器访问压力较大时，可以在该组增加存储服务器来扩充服务能力（纵向扩容）。当系统容量不足时，可以增加组来扩充存储容量（横向扩容）。

Storage状态收集

Storage Server会连接集群中所有的Tracker server，定时向他们报告自己的状态，包括磁盘剩余空间，文件同步状况，文件上传下载次数等统计信息。

文件上传流程

图二.png

客户端上传文件后存储服务器将文件ID返回给客户端，此文件ID用于以后访问该文件的索引信息。文件索引信息包括:组名，虚拟磁盘路径，数据两级目录，文件名。

例如：

group1/M00/02/44/ wkgdre34easfasnfaklfnaf4r8.sh

组名：文件上传后所在的storage组名称，在文件上传成功后有storage服务器返回，需要客户端自行保存．
虚拟磁盘路径：storage配置的虚拟路径，与磁盘选项sotre path*对应。如果配置了 store_path0 则是 MOO, 如果配置了store _ pathl 则是 M01，以此类推．
数据两级目录： Storage服务器在每个虚拟磁盘路径下创建的两级目录，用于存储数据文件．
文件名：与文件上传时不同。是由存储服务器根据特定信息生成，文件名包含：源存储服务器IP地址、文件创建时间戳、文件大小、随机数和文件拓展名等信息。

文件下载流程

图三.png

tracker根据请求的文件路径即文件ID 来快速定义文件。

比如请求下边的文件：

group1/M00/02/44/ wkgdre34easfasnfaklfnaf4r8.sh

1.通过组名tracker能够很快的定位到客户端需要访问的存储服务器组是group1，并选择合适的存储服务器提供客户端访问。

2.存储服务器根据“文件存储虚拟磁盘路径”和“数据文件两级目录”可以很快定位到文件所在目录，并根据文件名找到
客户端需要访问的文件。

下载和安装

下载

tracker和storage使用相同的安装包，fastDFS的下载地址在：https://github.com/happyfish100/FastDFS

此次选择下载：FastDFS_v5.05.tar.gz

FastDFS是C语言开发，建议在linux上运行，此处使用CentOS7作为安装环境。

安装

Tracker配置

fastDFS的配置文件目录：/etc/fdfs

主要的配置文件：/etc/fdfs/tracker.conf （tracker配置文件）；storage.conf（storage配置文件）

图四.png

tracker.conf配置内容如下：

端口：port=22122

tracker 基础目录：base_path=/home/fastdfs，tracker在运行时会向此目录存储storage的管理数据。

storage配置

storage.conf配置内容如下：

组名：group_name=group1

端口：port=23000

向tracker心跳间隔（秒）：heart_beat_interval=30

storage基础目录：base_path=/home/fastdfs

磁盘存储目录：

store_path0=/home/fastdfs/fdfs_storage 此目录下存储上传的文件，在/home/fastdfs/fdfs_storage/data下

store_path1=...

有多个磁盘就定义多个store_path

上报tracker的地址：tracker_server=192.168.101.64:22122

如果有多个tracker则配置多个tracker，比如：

tracker_server=192.168.101.64:22122

tracker_server=192.168.101.65:22122

...

启动停止

fastDFS启动/停止脚本目录：

图五.png

fdfs_trackerd：tracker脚本，通过此脚本对 tracker进行启动和停止

/usr/bin/fdfs_trackerd /etc/fdfs/tracker.conf restart

fdfs_storaged：storage脚本，通过此脚本对 storage进行启动和停止

/usr/bin/fdfs_storaged /etc/fdfs/storage.conf restart

文件上传下载测试

java版本的fastdfs-client地址在：https://github.com/happyfish100/fastdfs-client-java

创建maven工程
添加依赖


org.springframework.boot
spring‐boot‐starter‐parent
1.5.9.RELEASE

cn.itcast.javaee
fastdfs
1.0‐SNAPSHOT


org.springframework.boot
spring‐boot‐starter‐web



net.oschina.zcx7878
fastdfs‐client‐java
1.27.0.0


org.springframework.boot
spring‐boot‐starter‐test
test


org.apache.commons
commons‐io
1.3.2

配置文件
在classpath:config下创建fastdfs-client.properties文件

fastdfs.connect_timeout_in_seconds = 5
fastdfs.network_timeout_in_seconds = 30
fastdfs.charset = UTF‐8
fastdfs.http_anti_steal_token = false
fastdfs.http_secret_key = FastDFS1234567890
fastdfs.http_tracker_http_port = 80
fastdfs.tracker_servers = 192.168.101.64:22122

文件上传

//上传文件
    @Test
    public void testUpload() {
        try {
            ClientGlobal.initByProperties("config/fastdfs‐client.properties");
            System.out.println("network_timeout=" + ClientGlobal.g_network_timeout + "ms");
            System.out.println("charset=" + ClientGlobal.g_charset);
            TrackerClient tc = new TrackerClient();
            TrackerServer ts = tc.getConnection();
            if (ts == null) {
                System.out.println("getConnection return null");
                return;
            }
            StorageServer ss = tc.getStoreStorage(ts);
            if (ss == null) {
                System.out.println("getStoreStorage return null");
            }
            StorageClient1 sc1 = new StorageClient1(ts, ss);
            NameValuePair[] meta_list = null; //new NameValuePair[0];
            String item = "C:\\Users\\admin\\Desktop\\1.png";
            String fileid;
            fileid = sc1.upload_file1(item, "png", meta_list);
            System.out.println("Upload local file " + item + " ok, fileid=" + fileid);
        } catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    }

文件查询

@Test
    public void testQueryFile() throws IOException, MyException {
        ClientGlobal.initByProperties("config/fastdfs‐client.properties");
        TrackerClient tracker = new TrackerClient();
        TrackerServer trackerServer = tracker.getConnection();
        StorageServer storageServer = null;
        StorageClient storageClient = new StorageClient(trackerServer,
                storageServer);
        FileInfo fileInfo = storageClient.query_file_info("group1",
                "M00/00/01/wKhlQFrKBSOAW5AWAALcAg10vf4862.png");
        System.out.println(fileInfo);
    }

文件下载

//下载文件
    @Test
    public void testDownloadFile() throws IOException, MyException {
        ClientGlobal.initByProperties("config/fastdfs‐client.properties");
        TrackerClient tracker = new TrackerClient();
        TrackerServer trackerServer = tracker.getConnection();
        StorageServer storageServer = null;
        StorageClient1 storageClient1 = new StorageClient1(trackerServer,
                storageServer);
        byte[] result =
                storageClient1.download_file1("group1/M00/00/01/wKhlQFrKBSOAW5AWAALcAg10vf4862.png");
        File file = new File("d:/1.png");
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(file);
        fileOutputStream.write(result);
        fileOutputStream.close();
    }

文件服务综合案例

图六.png

在storage server上安装nginx(参考nginx配置fastdfs)

在storage server上安装nginx的目的是对外通过http访问storage server上的文件。

使用nginx的模块FastDFS-nginx-module，它的作用是通过http方式访问storage中的文件，当storage本机没有要找的文件时向源storage主机代理请求文件。

之所以要安装这个nginx的模块是因为，storage提供的下载服务是基于socket，没有http直接访问的。

创建模型

public class FileSystem {
        private String fileId;
        private String filePath;
        private long fileSize;
        private String fileName;
        private String fileType;
        public String getFileId() {
            return fileId;
        }
        public String getFilePath() {
            return filePath;
        }
        public long getFileSize() {
            return fileSize;
        }
        public String getFileName() {
            return fileName;
        }
        public String getFileType() {
            return fileType;
        }
        public void setFileId(String fileId) {
            this.fileId = fileId;
        }
        public void setFilePath(String filePath) {
            this.filePath = filePath;
        }
        public void setFileSize(long fileSize) {
            this.fileSize = fileSize;
        }
        public void setFileName(String fileName) {
            this.fileName = fileName;
        }
        public void setFileType(String fileType) {
            this.fileType = fileType;
        }
    }

创建控制器

@RestController
    @RequestMapping("/fileserver")
    public class FileServerController {
        @Value("${zq‐fastdfs.upload_location}")
        private String upload_location;
        @PostMapping("/upload")
        @ResponseBody
        public FileSystem upload(@RequestParam("file")MultipartFile file){
            FileSystem fileSystem = new FileSystem();
            try {
                ClientGlobal.initByProperties("config/fastdfs‐client.properties");
                3)创建application.yml
                TrackerClient tracker = new TrackerClient();
                TrackerServer trackerServer = tracker.getConnection();
                StorageServer storageServer = null;
                StorageClient1 client = new StorageClient1(trackerServer, storageServer);
//MultipartFile转成File
                String originalFilename = file.getOriginalFilename();//原始文件名
                String extension = originalFilename.substring(originalFilename.lastIndexOf("."));//
                扩展名
                String newFileName = UUID.randomUUID().toString() + extension;
                File f = new File(upload_location + newFileName);
                file.transferTo(f);
                NameValuePair nvp[] = null;
                String local_filename = f.getAbsolutePath();
                //上传到文件系统
                String fileId = client.upload_file1(local_filename, null,
                        nvp);
                //文件在文件系统中的路径
                fileSystem.setFilePath(fileId);
                fileSystem.setFileId(fileId);
                long size = file.getSize();//文件大小
                //文件大小
                fileSystem.setFileSize(size);
                String contentType = file.getContentType();
                //文件类型
                fileSystem.setFileType(contentType);
                //文件名称
                if (fileSystem.getFileName() == null || fileSystem.getFileName().equals("")) {
                //如果没有传入文件名称则存储文件的原始名称
                    fileSystem.setFileName(file.getOriginalFilename());
                }
                //删除web服务器上的文件
                f.deleteOnExit();
            } catch (FileNotFoundException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return fileSystem;
        }
    }

创建application.yml

server:
    port: 22100
zq‐fastdfs:
    #文件上传临时目录
    upload_location: F:\\develop\\upload\\

fastDFS结合SpringBoot案例