分布式技术专题「OSS中间件系列」Minio的文件服务的存储模型及整合Java客户端访问的实战指南

Posted 2023-02-27 洛神灬殇

Minio的元数据

数据存储

MinIO对象存储系统没有元数据数据库，所有的操作都是对象级别的粒度的，这种做法的优势是:

• 个别对象的失效，不会溢出为更大级别的系统失效。

• 便于实现“强一致性”这个特性。此特性对于机器学习与大数据处理非常重要。

数据管理

元数据与数据一起存放在磁盘上：数据部分纠删分片以后存储在磁盘上，元数据以明文形式存放在元数据文件里（xl.json）。假定对象名字为obj-with-metadata, 它所在的桶的名字是bucket_name, disk是该对象所在纠删组的任一个磁盘的路径，如下目录：

disk/bucket_name/obj-with-metadata 

记录了这个对象在此磁盘上的信息。其中的内容如下：

xl.json

xl.json即是此对象的元数据文件。对象的元数据文件xl.json的内容是如下这种形式的json字符串：

字段说明

format字段

该字段指明了这个对象的格式是xl，MinIO内部存储数据主要有两种数据格式:xl与fs。使用如下命令启动的MinIO使用的存储格式是fs:

这种模式主要用于测试， 对象存储很多API都是并没有真正实现的桩函数。在生产环境所用的部署方式（本地分布式集群部署、联盟模式部署、云网关模式部署）中，存储格式都是xl。

part.1 ：对象的第一个数据分片

stat字段

记录了此对象的状态，包括大小与修改时间，如下图：

erasure字段

这个字段记录此对象与纠删码有关的信息，如下图：

其中的algorithm指明了此对象采用的是Klaus Post实现的纠删码，生成矩阵是范德蒙矩阵。

• data，parity指明了纠删组中数据盘、校验盘的个数。

• blockSize 指明了对象被分块的大小，默认是5M（请参见上一节“数据分布与均衡”）。

• index指明了当前磁盘在纠删组中的序号。

• distribution:每个纠删组的数据盘、校验盘的个数是固定的，但是不同的对象的分片写入这个纠删组的不同磁盘的顺序是不同的。这里记录了分布顺序。

• checksum:它下面的字段个数跟此对象的分片数量有关。在旧版本的MinIO对象存储系统，每一个分片经过hash函数计算出的checksum会记录在元数据文件的这个位置。最新版的MinIO会把checksum直接计入分片文件（即part.1等文件）的前32个字节。

此字段之下algorithm的值是”highwayhash256S”表明checksum值是写入分片文件的。

Minio的整合Java客户端

文件服务器在用minio，没有独立成微服务也没有抽取starter，所以简单测试一下集成和抽取starter，创建springboot项目集成minio把文件上传成功

Maven环境的pom依赖

<dependency>
    <groupId>io.minio</groupId>
    <artifactId>minio</artifactId>
    <version>6.0.11</version>
</dependency>

spring的yml配置:

minio:
  endpoint: http://192.168.8.50:9000
  accessKey: admin
  secretKey: 123123123

配置类 MinioProperties :

@Data
@ConfigurationProperties(prefix = "minio")
public class MinioProperties 
    //连接url
    private String endpoint;
    //用户名
    private String accessKey;
    //密码
    private String secretKey;

工具类 MinioUtil

import cn.hutool.core.util.StrUtil;
import com.team.common.core.constant.enums.BaseResultEnum;
import com.team.common.core.exception.BusinessException;
import io.minio.MinioClient;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.SneakyThrows;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.multipart.MultipartFile;
import java.io.InputStream;
@AllArgsConstructor
@Component
public class MinioUtil 
    private final MinioClient minioClient;
    private final MinioProperties minioProperties;

    /**
     * http文件上传
     * @param bucketName
     * @param file
     * @return 访问地址
     */
    public String putFile(String bucketName,MultipartFile file) 
        return this.putFile(bucketName,null,file);
    

    /**
     * http文件上传(增加根路径)
     * @param bucketName
     * @param folder
     * @param file
     * @return 访问地址
     */
    public String putFile(String bucketName,String folder,MultipartFile file) 
        String originalFilename = file.getOriginalFilename();
        if (StrUtil.isNotEmpty(folder))
            originalFilename = folder.concat("/").concat(originalFilename);
        
        try 
            InputStream in = file.getInputStream();
            String contentType= file.getContentType();
            minioClient.putObject(bucketName,originalFilename,in,null, null, null, contentType);
         catch (Exception e) 
            e.printStackTrace();
           throw new BusinessException(BaseResultEnum.SYSTEM_EXCEPTION.getCode(),"文件上传失败");
        
        String url = minioProperties.getEndpoint().concat("/").concat(bucketName).concat("/").concat(originalFilename);
        return url;
    

    /**
     * 创建bucket
     * @param bucketName
     */
    public void createBucket(String bucketName)
        try 
            minioClient.makeBucket(bucketName);
         catch (Exception e) 
            e.printStackTrace();
            throw new BusinessException(BaseResultEnum.SYSTEM_EXCEPTION.getCode(),"创建bucket失败");
        
    

    @SneakyThrows
    public String getBucketPolicy(String bucketName)
        return minioClient.getBucketPolicy(bucketName);
    

装配类:

import io.minio.MinioClient;
import io.minio.errors.InvalidEndpointException;
import io.minio.errors.InvalidPortException;
import lombok.AllArgsConstructor;
import org.springframework.boot.autoconfigure.condition.ConditionalOnBean;
import org.springframework.boot.context.properties.EnableConfigurationProperties;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@AllArgsConstructor
@Configuration
@EnableConfigurationProperties(MinioProperties.class)
public class MinioAutoConfiguration 
    private final MinioProperties minioProperties;

    @Bean
    public MinioClient minioClient() throws InvalidPortException, InvalidEndpointException 
        MinioClient  client = new MinioClient(minioProperties.getEndpoint(),minioProperties.getAccessKey(),minioProperties.getSecretKey());
        return  client;
    

    @ConditionalOnBean(MinioClient.class)
    @Bean
    public MinioUtil minioUtil(MinioClient minioClient,MinioProperties minioProperties) 
        return new MinioUtil(minioClient,minioProperties);
    

spring.factories配置文件

去掉主入口函数，去掉application.properties配置文件（新建一个测试用的springboot项目，把配置文件拿过去）
剩下最重要的一步：在resources下创建META-INF/spring.factories文件，配置文件中加入需要自动装配的类

org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\\
  com.*(你的路径).MinioAutoConfiguration

demo:

import com.team.common.core.web.Result;
import com.team.common.minio.MinioUtil;
import io.swagger.annotations.Api;
import io.swagger.annotations.ApiOperation;
import io.swagger.annotations.ApiParam;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.PutMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import org.springframework.web.multipart.MultipartFile;

@Api(value = "uploadFile", tags = "文件上传")
@RequestMapping("uploadFile")
@RestController
public class UploadFileController 

    @Autowired
    private MinioUtil minioUtil;

    @ApiOperation(value = "通用文件上传")
    @PutMapping("/upload")
    public Result uploadFile(@ApiParam("存储桶名称") String bucketName,@ApiParam("文件") MultipartFile file) 
        String url = null;
        try 
           url =  minioUtil.putFile(bucketName,file);
         catch (Exception e) 
            e.printStackTrace();
        
       return Result.success(url);
    

打包安装到maven仓库，本地测试用的同一仓库地址的话可以直接maven install，新建一个springboot项目，填入application.properties，pom中增加starter的依赖。

<dependency>
            <groupId>com.jxwy</groupId>
            <artifactId>minio-starter</artifactId>
            <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
</dependency>

其他OSS服务对比

厂商支持

国内使用Ceph的厂商、基于Ceph进行自研的存储厂商都比较多，在使用过程中遇到的问题（有些时候，甚至需要修改、增强乃至重新实现Ceph本身的功能），可以向相关厂商寻求支持。国际方面，Ceph早已被红帽收购，而红帽近期又被IBM收购。

MinIO开发与支持的厂商只有MinIO公司。由于架构比较先进，语言高级，MinIO本身的程序比较容易读懂、修改。招聘Golang程序员来 维护MinIO所花费的成本，显然低于招聘c++程序员来维护Ceph。

多语言客户端SDK

二者均有常见编程语言的客户端，比如：python, java等。MinIO对象存储软件的开发SDK另外支持纯函数式的语言Haskell。

技术文档

内部实现的文档MinIO基本不存在。想要了解内部实现乃至参与开发的技术人员，只能到如下社区：http://minio.slack.com/ ，与MinIO的开发人员直接交流，或者自己阅读代码。Ceph的各种实现文档、算法说明文档非常丰富。这方面Ceph要比MinIO成熟很多。

Ceph和MinIO的对比

开源对象存储软件以MinIO,Ceph为典型代表。为帮助相关人员在选择对象存储系统之时选择合适的产品，此处对二者的特点、特性做一定讨论。

MinIO优势

部署极其简单

MinIO系统的服务程序仅有minio一个可执行文件，基本不依赖其它共享库或者rpm/apt包。minio的配置项很少（大部分都是内核之类系统级的设置），甚至不配置也可以正常运行起来。百度、google、bing等搜索引擎上基本没有关于MinIO部署问题的网页，可见在实践中，很少有使用者遇到这方面的问题。

相比之下，Ceph系统的模块，相关的rpm、apt包众多，配置项非常多，难以部署，难调优。某些Linux发行版的Ceph安装包甚至有bug，需要使用者手动改动Ceph的python脚本，才能安装完毕。

二次开发容易

MinIO对象存储系统除了极少数代码使用汇编实现以外，全部使用Golang语言实现。Ceph系统是使用业界闻名的难学难用的c++语言编写的。Golang语言由于产生较晚，吸收了很多语言尤其是c++的教训，语言特性比较现代化。

相对而言，MinIO系统的维护、二次开发比较容易。

网管模式支持多种其他存储

通过网关模式，MinIO对象存储后端，可以对接各种现有的常见其它存储类型，比如的NAS系统，微软Azure Blob 存储、Google 云存储、HDFS、阿里巴巴OSS、亚马逊S3等，非常有利于企业复用现有资源，有利于企业低成本（硬件成本约等于零，部署MinIO对象存储软件即可）地从现有系统平滑升级到对象存储。

Ceph优势

数据冗余策略更加丰富，Ceph同时支持副本、纠删码，而MinIO只支持纠删码。对于个别的对于数据可靠性要求极高的单位，Ceph对象存储更加合适。

参考硬件

MinIO是符合软件定义存储SDS理念的，兼容主流X86服务器以及ARM/飞腾平台，同时也可以移植到诸如申威（Alpha架构）和龙芯（Mips架构）等硬件平台。

下面这些符合工业标准的、广泛采用的服务器是经过MinIO inc.优化测试过的、MinIO对象存储软件表现优异的服务器：

结论

由以上讨论，可见作为对象存储软件来说，MinIO， Ceph都非常优秀，各自有各自的优势。准备使用对象存储软件的用户，应该根据自己单位的需求、技术储备等实际情况，选择适当的软件。

参考资料

• https://hao123.blog.csdn.net/article/details/109065199?spm=1001.2101.3001.6650.1&utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7ECTRLIST%7Edefault-1.opensearchhbase&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7ECTRLIST%7Edefault-1.opensearchhbase

• https://github.com/krishnasrinivas/wikinotes/wiki/minio-scaling

• https://docs.aws.amazon.com/zh_cn/AmazonS3/latest/dev/Welcome.html

• Klaus Post官网：https://klauspost.com/

• https://github.com/klauspost/reedsolomon

• https://developer.ibm.com/articles/cl-cloudstorage/

• https://github.com/minio/dsync

• https://github.com/minio/dsync/pull/22#issue-176751755

• https://github.com/minio/minio/blob/master/cmd/xl-sets.go

• https://min.io/resources/docs/MinIO-throughput-benchmarks-on-NVMe-SSD.pdf

• https://github.com/minio/minio/blob/master/cmd/admin-heal-ops.go

• https://github.com/klauspost/reedsolomon/blob/master/options.go

• https://github.com/minio/dsync

• https://min.io/resources/docs/CPG-MinIO-implementation-guide.pdf

• https://github.com/minio/minio/issues/7986

• https://docs.min.io/docs/minio-bucket-notification-guide.html

• https://www.it610.com/article/1281191501832929280.htm