淘宝分布式文件存储系统( 二 ) -TFS

淘宝分布式文件存储系统( 二 ) ->>TFS

目录 :

• 大文件存储结构
• 哈希链表的结构
• 文件映射原理及对应的API
• 文件映射头文件的定义

大文件存储结构 :

• 1. 采用块(block)文件的形式对数据进行存储 , 分成索引块,主块 , 扩展块 。所有的小文件都是存放到主块中的 ，扩展块用来保存溢出的数据，也就是当我们的主快存储不下的时候，数据就会保存到扩展块中。
  2. 每一个块都有一个唯一的编号 ， 块在使用之前所用到的存储空间都会被预先分配和初始化。
  3. 每个索引文件都存放对应块的信息和小文件的索引信息，所索引文件会在服务器启动时映射（mmap）到内存中，大大提高索引效率。
  4. 每一个文件都有对应的编号，文件编号从1 开始 依次递增，同时作为哈希表的key来定位小文件在主块和扩展块的偏移量。

• 关键的数据结构 ,1 每一个块的结构

struct BlockInfo    //每一个块的结构
  {
  	uint32_t block_id_ ;   //块编号1 , 2 ...
  	int32_t version_ ;     //块当前版本号
  	int32_t file_count_;   //当前已保存文件总数
  	int32_t size_;         //当前已保存文件数据的大小
  	int32_t del_file_count_;  //已删除文件的数量
  	int32_t del_size_ ;    // 已删除的文件数据总大小  
  	uint32_t  seq_no_;      //下一个可分配的文件编号1 , 2 ....
  }

补充： 在整个系统里面，删除文件并不是说当用户点击删除之后，就立刻执行删除，事实上我们的系统会对要删除的文件进行标记，表示已经删除，如果不这样，本来磁盘都会进行频繁的读写，再加上立刻删除文件，它会吃不消的，效率也会大大降低，实际上我们服务器的瓶颈就在磁盘。 当系统中删除的文件达到一定量时，会在夜深人静的时候进行数据删除。

• 小文件的索引信息（数据文件，图片，文字，等等）

struct RawMeta
  {
       uint64_t  fileid_;  //文件编号
  	 struct{
  		 int32_t inner_offset_;  //文件在快内部的偏移量
  		 int32_t size_;          //文件大小
  	 } location_;
  }

• 这一个结构体，将我们的所有“小文件”，链在一起。

struct MetaInfo
{
	struct RawMeta raw_meta_  ;    //文件数据
	int32_t next_meta_offset_;     //当前哈希链下一个节点在索引文件中的偏移
}

哈希链表

​
哈希链表结构的定义 :

#define HXSIZE  5                //哈希桶的大小

//定义一个链表结点结构
typedef struct _LinkNode {
	void * key;                 //键值
	void* data;                //保存的数据,   采用void *  可以提高代码的兼容性(兼容更多的数据类型),和可维护性
	struct NodeList* next;    //指向下一个结点的指针
}LinkNode;

/**************\
*方便区分,本质上都是一样的
***************/
typedef LinkNode* List;     
typedef LinkNode* elment;   //表示数据的结点 

typedef struct _HxTable {
	int size;               //桶的大小
	List* list;             //这里实质上是一个二级指针,(我们可以想象成二维数组)         
}HxTable;

文件映射 :

磁盘的速度,和内存的速度比较,相当于是 ： 一个走路,一个坐火箭。

提示: 红色框起的部分,我们可以先不看, 内存映射简单来说就是把磁盘上的文件,映射到内存中.

• 应用场景:

•             1.    实现进程之间共享信息 
              2.   实现数据从磁盘到内存的映射,提高应用程序访问文件的速度. 
  

• 对应的API接口 ， 参数很多，但是不用担心，很多都用不上，都是默认的

#include    //包含的头文件
//两者配套使用   
void *mmap(void *addr , size_t length , int prot , int flags , int fd , size_t offset );  //建立映射
int munmap(void *addr  ，size_t length);        //解除映射 

参数addr : 指向欲映射内存的起始地址 ， 一般情况设置为 NULL ，让系统自动选定

参数lenght : 代表文件中多大的部分映射到内存（注意： 大小一般是4kb的整数倍）

参数prot : 映射区域的保护方法
{
​ PROT_EXEC 执行
​ PROT_READ 读取
​ PROT_WRITE 写入
​ PROT_NONE 不能存取
}

参数flags : 影响映射区域的各种特征，必须指定为 MAP_SHARED / MAP_PRIVATE(修改不同步文件)

参数fd : 要映射到内存中文件的描述符

参数offset : 文件映射映射的偏移量，通常设置为0，代表从文件的开始位置开始对应

进程之间的通信 mmap 之 msync

实现磁盘文件与共享内存区的内容一致（同步操作，共享区域文件的内容发生改变，磁盘上的文件内容也会发生改变）
函数原型 : int msync (void *addr , size_t len , int flags ) ; 成功返回0 ，失败返回-1

参数 addr : 调用mmap（… ）返回的地

参数flags : 刷新的参数设置

1. MS_ASYNC (异步)，调用会立即返回，不等到更新的完成
2. MS_SYNC (同步)

映射 mmap_file.h 头文件的实现

#ifndef _MMAP_FILE_H_
      #define _MMAP_FILE_H_

      #include        //包含很多常规的接口(作为标准库的存在)
//这里我们定义一个命名空间 , 里面的数据我们可以   qiniu::...   这样访问
      namespace qiniu {        
      	struct MMapOption {    //设置初始映射大小,后序可以增加
      		int32_t max_mmap_size_;     //最大的映射大小
      		int32_t frist_mmap_size_;   //第一次分配的大小
      		int32_t pri_mmap_size_;     //每次追加的大小
      	};
      	namespace largefile {
      		class MMapFile {
      		public:
      		MMapFile();    //无参构造
      		explicit MMapFile(const int fd);    //fd文件句柄
      		MMapFile(const MMapOption& mmp_option, const int fd);

      		~MMapFile();        //析构函数
      	
      		bool sync_file();    //同步文件
      		bool map_file(const bool write = false);   //将文件映射到内存,同时设置保护方法
      		void* get_data()const;       //获取映射到内存的数据的首地址
      		int32_t get_size()const;     //返回映射区域的大小
      		
      		bool munmap_file();          //解除映射
      		bool remap_file();           //重新映射
      	
      		private:
      			bool ensure_flie_size(const int32_t size);    //调整大小,仅供内部调用
      		
      		private:
      			int32_t size_;    //映射的大小
      			int fd_;          //映射文件的句柄
      			void* data_;       //映设到内存数据的起始地址
      	
      			struct MMapOption mmap_file_option_;
      
      		};
      	}
      }
      #endif