minio原理和使用

简介

Minio 是一个基于Apache License v2.0开源协议的对象存储服务。它兼容亚马逊S3云存储服务接口，非常适合于存储大容量非结构化的数据，例如图片、视频、日志文件、备份数据和容器/虚拟机镜像等，而一个对象文件可以是任意大小，从几kb到最大5T不等。
Minio是一个非常轻量的服务,可以很简单的和其他应用的结合，类似 NodeJS, Redis 或者 MySQL。

应用场景

单主机单硬盘模式

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单主机多硬盘模式

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多主机多硬盘分布式

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特点

• 高性能：作为高性能对象存储，在标准硬件条件下它能达到55GB/s的读、35GG/s的写速率
• 可扩容：不同MinIO集群可以组成联邦，并形成一个全局的命名空间，并跨越多个数据中心
• 云原生：容器化、基于K8S的编排、多租户支持
• Amazon S3兼容：Minio使用Amazon S3 v2 / v4 API。可以使用Minio SDK，Minio Client，AWS SDK和AWS CLI访问Minio服务器。
• 可对接后端存储: 除了Minio自己的文件系统，还支持DAS、 JBODs、NAS、Google云存储和Azure Blob存储。
• SDK支持: 基于Minio轻量的特点，它得到类似Java、Python或Go等语言的sdk支持
• Lambda计算: Minio服务器通过其兼容AWS SNS / SQS的事件通知服务触发Lambda功能。支持的目标是消息队列，如Kafka，NATS，AMQP，MQTT，Webhooks以及Elasticsearch，Redis，Postgres和MySQL等数据库。
• 有操作页面
• 功能简单: 这一设计原则让MinIO不容易出错、更快启动
• 支持纠删码：MinIO使用纠删码、Checksum来防止硬件错误和静默数据污染。在最高冗余度配置下，即使丢失1/2的磁盘也能恢复数据

存储机制

Minio使用纠删码erasure code和校验和checksum。 即便丢失一半数量（N/2）的硬盘，仍然可以恢复数据。

校验和
保护数据免受硬件故障和无声数据损坏

纠删码
纠删码是一种恢复丢失和损坏数据的数学算法，目前，纠删码技术在分布式存储系统中的应用主要有三类，阵列纠删码（Array Code: RAID5、RAID6等）、RS(Reed-Solomon)里德-所罗门类纠删码和LDPC(LowDensity Parity Check Code)低密度奇偶校验纠删码。Erasure Code是一种编码技术，它可以将n份原始数据，增加m份数据，并能通过n+m份中的任意n份数据，还原为原始数据。即如果有任意小于等于m份的数据失效，仍然能通过剩下的数据还原出来。

Minio采用Reed-Solomon code将对象拆分成N/2数据和N/2 奇偶校验块。 这就意味着如果是12块盘，一个对象会被分成6个数据块、6个奇偶校验块，可以丢失任意6块盘（不管其是存放的数据块还是奇偶校验块），仍可以从剩下的盘中的数据进行恢复。

RS code编码数据恢复原理
RS编码以word为编码和解码单位，大的数据块拆分到字长为w（取值一般为8或者16位）的word，然后对word进行编解码。 数据块的编码原理与word编码原理相同，后文中以word为例说明，变量Di, Ci将代表一个word。
把输入数据视为向量D=(D1，D2，..., Dn）, 编码后数据视为向量（D1, D2,..., Dn, C1, C2,.., Cm)，RS编码可视为如下（图1）所示矩阵运算。
图1最左边是编码矩阵（或称为生成矩阵、分布矩阵，Distribution Matrix），编码矩阵需要满足任意n*n子矩阵可逆。为方便数据存储，编码矩阵上部是单位阵（n行n列），下部是m行n列矩阵。下部矩阵可以选择范德蒙德矩阵或柯西矩阵。

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RS最多能容忍m个数据块被删除。 数据恢复的过程如下：
（1）假设D1、D4、C2丢失，从编码矩阵中删掉丢失的数据块/编码块对应的行。（图2、3）
（2）由于B' 是可逆的，记B'的逆矩阵为 (B'^-1)，则B' * (B'^-1) = I 单位矩阵。两边左乘B' 逆矩阵。 （图4、5）
（3）得到如下原始数据D的计算公式 。

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（4）对D重新编码，可得到丢失的编码

SDK

• go https://github.com/minio/minio-go
• java https://github.com/minio/minio-java
• python https://github.com/minio/minio-py