小甄笔记
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FastDFS分布式文件系统

什么是FastDFS:

FastDFS 是一个 C 语言实现的开源轻量级分布式文件系统,作者余庆(happyfish100),支持 Linux、FreeBSD、AID 等 Unix 系统,解决了大数据存储和读写负载均衡等问题,适合存储 4KB~500MB 之间的小文件,如图片网站、短视频网站、文档、app 下载站等

FasfDFS架构：

FastDFS服务有三个角色:跟踪服务器(tracker server)、存储服务器(storage server)和客户端(client)

  • tracker server: 跟踪服务器,主要做调度工作,起到均衡的作用;负责管理所有的 storage server 和 group,每个 storage 在启动后会连接 Tracker,告知自己所属 group 等信息,并保持周期性心跳, Tracker根据storage心跳信息,建立group--->[storage server list]的映射表;tracker管理的元数据很少,会直接存放在内存;tracker 上的元信息都是由 storage 汇报的信息生成的,本身不需要持久化任何数据,tracker 之间是对等关系,因此扩展 tracker 服务非常容易,之间增加 tracker服务器即可,所有tracker都接受stroage心跳信息,生成元数据信息来提供读写服务(与 其他 Master-Slave 架构的优势是没有单点,tracker 也不会成为瓶颈,最终数据是和一个可用的 Storage Server进行传输的)
  • storage server:存储服务器,主要提供容量和备份服务;以 group 为单位,每个 group 内可以包含多台storage server,数据互为备份,存储容量空间以group内容量最小的storage为准;建 议group内的storage server配置相同;以group为单位组织存储能够方便的进行应用隔离、负载均衡和副本数定制;缺点是 group 的容量受单机存储容量的限制,同时 group 内机器坏掉,数据 恢复只能依赖 group 内其他机器重新同步(坏盘替换,重新挂载重启 fdfs_storaged 即可)

FastDFS分布式文件系统_第1张图片

总结:1.高可靠性:无单点故障 2.高吞吐性:只要Group足够多,数据流量是足够分散的

多个group之间的存储方式有3种策略:round robin(轮询)、load balance(选择最大剩余空 间的组上传文件)、specify group(指定group上传) 

group 中 storage 存储依赖本地文件系统,storage 可配置多个数据存储目录,磁盘不做 raid, 直接分别挂载到多个目录,将这些目录配置为 storage 的数据目录即可
    storage 接受写请求时,会根据配置好的规则,选择其中一个存储目录来存储文件;为避免单 个目录下的文件过多,storage 第一次启时,会在每个数据存储目录里创建 2 级子目录,每级 256 个,总共 65536 个,新写的文件会以 hash 的方式被路由到其中某个子目录下,然后将文件数据直 接作为一个本地文件存储到该目录中

  • Tracker集群

FastDFS集群中的Tracker server可以有多台，Trackerserver之间是相互平等关系同时提供服务，Trackerserver不存在单点故障。客户端请求Trackerserver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集群

 Storage集群采用了分组存储方式。storage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之间是平等关系，不同组的Storageserver之间不会相互通信，同组内的Storageserver之间会相互连接进行文件同步，从而保证同组内每个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，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

FastDFS分布式文件系统_第2张图片

返回的file_id为文件在服务器上的索引信息，包括：组名，虚拟磁盘路径，数据两级目录，文件名（服务器生成的），业务系统保存到数据库。

  • 文件下载

FastDFS分布式文件系统_第3张图片

FastDFS 提供基本的文件访问接口,如 upload、download、append、delete 等

  • 选择tracker server

    集群中 tracker 之间是对等关系,客户端在上传文件时可用任意选择一个 tracker

  • 选择存储 group

    当tracker接收到upload file的请求时,会为该文件分配一个可以存储文件的group,目前支持选择 group 的规则为:
1. Round robin,所有 group 轮询使用
2. Specified group,指定某个确定的 group
3. Load balance,剩余存储空间较多的 group 优先

  • 选择storage server

    当选定group后,tracker会在group内选择一个storage server给客户端,目前支持选择server 的规则为:
1. Round robin,所有 server 轮询使用(默认)
2. 根据IP地址进行排序选择第一个服务器(IP地址最小者)
3. 根据优先级进行排序(上传优先级由storage server来设置,参数为upload_priority)

  • 选择storage path(磁盘或者挂载点)

    当分配好storage server后,客户端将向storage发送写文件请求,storage会将文件分配一个数据存储目录,目前支持选择存储路径的规则为:
1. round robin,轮询(默认)
2. load balance,选择使用剩余空间最大的存储路径

  • 选择下载服务器

    目前支持的规则为:
1. 轮询方式,可以下载当前文件的任一storage server 

2. 从源storage server下载

生成 file_id

    选择存储目录后,storage 会生成一个 file_id,采用 Base64 编码,包含字段包括:storage server ip、文件创建时间、文件大小、文件 CRC32 校验码和随机数;每个存储目录下有两个 256*256 个子目录,storage 会按文件 file_id 进行两次 hash,路由到其中一个子目录,,然后将文件以 file_id 为文件名存储到该子目录下,最后生成文件路径:group 名称、虚拟磁盘路径、数据两级目录、file_id

其中,

    组名:文件上传后所在的存储组的名称,在文件上传成功后由存储服务器返回,需要客户端自行保存

    虚拟磁盘路径:存储服务器配置的虚拟路径,与磁盘选项 store_path*参数对应 

    数据两级目录:存储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

同步机制

1. 新增tracker服务器数据同步问题
    由于 storage server 上配置了所有的 tracker server. storage server 和 trackerserver 之间的通信是由 storage server 主动发起的,storage server 为每个 tracker server 启动一个线程进行通信;在通信过程中,若发现该 tracker server 返回的本组 storage server列表比本机记录少,就会将该tracker server上没有的storage server 同步给该 tracker,这样的机制使得 tracker 之间是对等关系,数据保持一致
2. 新增storage服务器数据同步问题
    若新增storage server或者其状态发生变化,tracker server都会将storage server列表同步给该组内所有 storage server;以新增 storage server 为例,因为新加入的 storage server 会主动连接 tracker server,tracker server 发现有新的 storage server 加入,就会将该组内所有的 storage server 返回给新加入的 storage server,并重新将该组的storage server列表返回给该组内的其他storage server;
3. 组内storage数据同步问题
    组内storage server之间是对等的,文件上传、删除等操作可以在组内任意一台storageserver 上进行。文件同步只能在同组内的 storage server 之间进行,采用 push 方式, 即源服务器同步到目标服务器
A. 只在同组内的storage server之间进行同步
B. 源数据才需要同步,备份数据不再同步
C. 特例:新增storage server时,由其中一台将已有所有数据(包括源数据和备份数据)同步到新增服务器

storage server的7种状态:

    通过命令 fdfs_monitor /etc/fdfs/client.conf 可以查看 ip_addr 选项显示 storage server 当前状态
INIT : 初始化,尚未得到同步已有数据的源服务器 

WAIT_SYNC : 等待同步,已得到同步已有数据的源服务器 

SYNCING : 同步中
DELETED : 已删除,该服务器从本组中摘除
OFFLINE :离线
ONLINE : 在线,尚不能提供服务
ACTIVE : 在线,可以提供服务

 

代码示例

上传：

FastDFS分布式文件系统_第4张图片

其他代码：

FastDFS分布式文件系统_第5张图片

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