架构之路搭建FastDFS分布式文件系统

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了架构之路搭建FastDFS分布式文件系统相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

概述

分布式文件系统:Distributed file system, DFS,又叫做网络文件系统:Network File System。一种允许文件通过网络在多台主机上分享的文件系统,可让多机器上的多用户分享文件和存储空间。

FastDFS是用c语言编写的一款开源的分布式文件系统,充分考虑了冗余备份、负载均衡、线性扩容等机制,并注重高可用、高性能等指标,功能包括:文件存储、文件同步、文件访问(文件上传、文件下载)等,解决了大容量存储和负载均衡的问题。特别适合中小文件(建议范围:4KB < file_size <500MB),对以文件为载体的在线服务,如相册网站、视频网站等。

FastDFS 架构

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

架构之路搭建FastDFS分布式文件系统

跟踪服务器Tracker Server

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的心跳信息,建立group==>[storage serverlist]的映射表。

Tracker需要管理的元信息很少,会全部存储在内存中;另外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,这样使得tracker非常容易扩展,直接增加tracker机器即可扩展为tracker cluster来服务,cluster里每个tracker之间是完全对等的,所有的tracker都接受stroage的心跳信息,生成元数据信息来提供读写服务。

存储服务器Storage Server

主要提供容量和备份服务;以 group 为单位,每个 group 内可以有多台 storage server,数据互为备份。以group为单位组织存储能方便的进行应用隔离、负载均衡、副本数定制(group内storage server数量即为该group的副本数),比如将不同应用数据存到不同的group就能隔离应用数据,同时还可根据应用的访问特性来将应用分配到不同的group来做负载均衡;缺点是group的容量受单机存储容量的限制,同时当group内有机器坏掉时,数据恢复只能依赖group内地其他机器,使得恢复时间会很长。

group内每个storage的存储依赖于本地文件系统,storage可配置多个数据存储目录,比如有10块磁盘,分别挂载在/data/disk1-/data/disk10,则可将这10个目录都配置为storage的数据存储目录。storage接受到写文件请求时,会根据配置好的规则选择其中一个存储目录来存储文件。为了避免单个目录下的文件数太多,在storage第一次启动时,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个文件,新写的文件会以hash的方式被路由到其中某个子目录下,然后将文件数据作为本地文件存储到该目录中。

FastDFS的存储策略

为了支持大容量,存储节点(服务器)采用了分卷(或分组)的组织方式。存储系统由一个或多个卷组成,卷与卷之间的文件是相互独立的,所有卷的文件容量累加就是整个存储系统中的文件容量。一个卷可以由一台或多台存储服务器组成,一个卷下的存储服务器中的文件都是相同的,卷中的多台存储服务器起到了冗余备份和负载均衡的作用。

在卷中增加服务器时,同步已有的文件由系统自动完成,同步完成后,系统自动将新增服务器切换到线上提供服务。当存储空间不足或即将耗尽时,可以动态添加卷。只需要增加一台或多台服务器,并将它们配置为一个新的卷,这样就扩大了存储系统的容量。

FastDFS的上传过程

FastDFS向使用者提供基本文件访问接口,比如upload、download、append、delete等,以客户端库的方式提供给用户使用。

Storage Server会定期的向Tracker Server发送自己的存储信息。当Tracker Server Cluster中的Tracker Server不止一个时,各个Tracker之间的关系是对等的,所以客户端上传时可以选择任意一个Tracker。

当Tracker收到客户端上传文件的请求时,会为该文件分配一个可以存储文件的group,当选定了group后就要决定给客户端分配group中的哪一个storage server。当分配好storage server后,客户端向storage发送写文件请求,storage将会为文件分配一个数据存储目录。然后为文件分配一个fileid,最后根据以上的信息生成文件名存储文件。

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选择tracker server

当集群中不止一个tracker server时,由于tracker之间是完全对等的关系,客户端在upload文件时可以任意选择一个trakcer。

选择存储的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该文件的group,支持如下选择group的规则: 1. Round robin,所有的group间轮询 2. Specified group,指定某一个确定的group 3. Load balance,剩余存储空间多多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,支持如下选择storage的规则: 1. Round robin,在group内的所有storage间轮询 2. First server ordered by ip,按ip排序 3. First server ordered by priority,按优先级排序(优先级在storage上配置)

选择storage path

当分配好storage server后,客户端将向storage发送写文件请求,storage将会为文件分配一个数据存储目录,支持如下规则: 1. Round robin,多个存储目录间轮询 2. 剩余存储空间最多的优先

生成Fileid

选定存储目录之后,storage会为文件生一个Fileid,由storage server ip、文件创建时间、文件大小、文件crc32和一个随机数拼接而成,然后将这个二进制串进行base64编码,转换为可打印的字符串。

选择两级目录

当选定存储目录之后,storage会为文件分配一个fileid,每个存储目录下有两级256*256的子目录,storage会按文件fileid进行两次hash(猜测),路由到其中一个子目录,然后将文件以fileid为文件名存储到该子目录下。

生成文件名

当文件存储到某个子目录后,即认为该文件存储成功,接下来会为该文件生成一个文件名,文件名由group、存储目录、两级子目录、fileid、文件后缀名(由客户端指定,主要用于区分文件类型)拼接而成。

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FastDFS的文件同步

写文件时,客户端将文件写至group内一个storage server即认为写文件成功,storage server写完文件后,会由后台线程将文件同步至同group内其他的storage server。

每个storage写文件后,同时会写一份binlog,binlog里不包含文件数据,只包含文件名等元信息,这份binlog用于后台同步,storage会记录向group内其他storage同步的进度,以便重启后能接上次的进度继续同步;进度以时间戳的方式进行记录,所以最好能保证集群内所有server的时钟保持同步。

storage的同步进度会作为元数据的一部分汇报到tracker上,tracke在选择读storage的时候会以同步进度作为参考。

比如一个group内有A、B、C三个storage server,A向C同步到进度为T1 (T1以前写的文件都已经同步到B上了),B向C同步到时间戳为T2(T2 > T1),tracker接收到这些同步进度信息时,就会进行整理,将最小的那个做为C的同步时间戳,本例中T1即为C的同步时间戳为T1(即所有T1以前写的数据都已经同步到C上了);同理,根据上述规则,tracker会为A、B生成一个同步时间戳。

FastDFS的文件下载

客户端uploadfile成功后,会拿到一个storage生成的文件名,接下来客户端根据这个文件名即可访问到该文件。

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跟upload file一样,在downloadfile时客户端可以选择任意tracker server。tracker发送download请求给某个tracker,必须带上文件名信息,tracke从文件名中解析出文件的group、大小、创建时间等信息,然后为该请求选择一个storage用来服务读请求。

FastDFS性能方案

架构之路搭建FastDFS分布式文件系统

FastDFS 安装

软件包 版本
FastDFS v5.05
libfastcommon v1.0.7

下载安装libfastcommon

  • 下载

 
   
   
 
  1. wget https://github.com/happyfish100/libfastcommon/archive/V1.0.7.tar.gz

  • 解压

 
   
   
 
  1. tar -xvf V1.0.7.tar.gz

  2. cd libfastcommon-1.0.7

  • 编译、安装

 
   
   
 
  1. ./make.sh

  2. ./make.sh install

  • 创建软链接

 
   
   
 
  1. ln -s /usr/lib64/libfastcommon.so /usr/local/lib/libfastcommon.so

  2. ln -s /usr/lib64/libfastcommon.so /usr/lib/libfastcommon.so

  3. ln -s /usr/lib64/libfdfsclient.so /usr/local/lib/libfdfsclient.so

  4. ln -s /usr/lib64/libfdfsclient.so /usr/lib/libfdfsclient.so

下载安装FastDFS

  • 下载FastDFS

 
   
   
 
  1. wget https://github.com/happyfish100/fastdfs/archive/V5.05.tar.gz

  • 解压

 
   
   
 
  1. tar -xvf V5.05.tar.gz

  2. cd fastdfs-5.05

  • 编译、安装

 
   
   
 
  1. ./make.sh

  2. ./make.sh install

配置 Tracker 服务

上述安装成功后,在/etc/目录下会有一个fdfs的目录,进入它。会看到三个.sample后缀的文件,这是作者给我们的示例文件,我们需要把其中的tracker.conf.sample文件改为tracker.conf配置文件并修改它:

 
   
   
 
  1. cp tracker.conf.sample tracker.conf

  2. vi tracker.conf

编辑tracker.conf

 
   
   
 
  1. # 配置文件是否不生效,false 为生效

  2. disabled=false

  3. # 提供服务的端口

  4. port=22122

  5. base_path=//home/data/fastdfs

  6. # HTTP 服务端口

  7. http.server_port=80

创建tracker基础数据目录,即base_path对应的目录

 
   
   
 
  1. mkdir -p /home/data/fastdfs

使用ln -s 建立软链接

 
   
   
 
  1. ln -s /usr/bin/fdfs_trackerd /usr/local/bin

  2. ln -s /usr/bin/stop.sh /usr/local/bin

  3. ln -s /usr/bin/restart.sh /usr/local/bin

启动服务

 
   
   
 
  1. service fdfs_trackerd start

查看监听

 
   
   
 
  1. netstat -unltp|grep fdfs

如果看到22122端口正常被监听后,这时候说明Tracker服务启动成功啦!

tracker server 目录及文件结构 Tracker服务启动成功后,会在base_path下创建data、logs两个目录。目录结构如下:

 
   
   
 
  1. ${base_path}

  2.  |__data

  3.  |   |__storage_groups.dat:存储分组信息

  4.  |   |__storage_servers.dat:存储服务器列表

  5.  |__logs

  6.  |   |__trackerd.log: tracker server 日志文件

配置 Storage 服务

进入 /etc/fdfs 目录,复制 FastDFS 存储器样例配置文件 storage.conf.sample,并重命名为 storage.conf

 
   
   
 
  1. # cd /etc/fdfs

  2. # cp storage.conf.sample storage.conf

  3. # vi storage.conf

编辑storage.conf

 
   
   
 
  1. # 配置文件是否不生效,false 为生效

  2. disabled=false

  3. # 指定此 storage server 所在 组(卷)

  4. group_name=group1

  5. # storage server 服务端口

  6. port=23000

  7. # 心跳间隔时间,单位为秒 (这里是指主动向 tracker server 发送心跳)

  8. heart_beat_interval=30

  9. base_path=/home/data/fastdfs/storage

  10. # 存放文件时 storage server 支持多个路径。这里配置存放文件的基路径数目,通常只配一个目录。

  11. store_path_count=1

  12. # 逐一配置 store_path_count 个路径,索引号基于 0。

  13. # 如果不配置 store_path0,那它就和 base_path 对应的路径一样。

  14. store_path0=/home/data/fastdfs/storage

  15. # FastDFS 存储文件时,采用了两级目录。这里配置存放文件的目录个数。

  16. # 如果本参数只为 N(如: 256),那么 storage server 在初次运行时,会在 store_path 下自动创建 N * N 个存放文件的子目录。

  17. subdir_count_per_path=256

  18. # tracker_server 的列表 ,会主动连接 tracker_server

  19. # 有多个 tracker server 时,每个 tracker server 写一行

  20. tracker_server=192.168.1.190:22122

  21. # 允许系统同步的时间段 (默认是全天) 。一般用于避免高峰同步产生一些问题而设定。

  22. sync_start_time=00:00

  23. sync_end_time=23:59

使用ln -s 建立软链接

 
   
   
 
  1. ln -s /usr/bin/fdfs_storaged /usr/local/bin

启动服务

 
   
   
 
  1. service fdfs_storaged start

查看监听

 
   
   
 
  1. netstat -unltp|grep fdfs

启动Storage前确保Tracker是启动的。初次启动成功,会在 /home/data/fastdfs/storage 目录下创建 data、 logs 两个目录。如果看到23000端口正常被监听后,这时候说明Storage服务启动成功啦!

查看Storage和Tracker是否在通信

 
   
   
 
  1. /usr/bin/fdfs_monitor /etc/fdfs/storage.conf

FastDFS 配置 Nginx 模块

软件包 版本
openresty v1.13.6.1
fastdfs-nginx-module v1.1.6

FastDFS 通过 Tracker 服务器,将文件放在 Storage 服务器存储, 但是同组存储服务器之间需要进行文件复制,有同步延迟的问题。

假设 Tracker 服务器将文件上传到了 192.168.1.190,上传成功后文件 ID已经返回给客户端。此时 FastDFS 存储集群机制会将这个文件同步到同组存192.168.1.190,在文件还没有复制完成的情况下,客户端如果用这个文件 ID 在 192.168.1.190 上取文件,就会出现文件无法访问的错误。而 fastdfs-nginx-module 可以重定向文件链接到源服务器取文件,避免客户端由于复制延迟导致的文件无法访问错误。

下载 安装 Nginx 和 fastdfs-nginx-module:

推荐您使用yum安装以下的开发库:

 
   
   
 
  1. yum install readline-devel pcre-devel openssl-devel -y

下载最新版本并解压:

 
   
   
 
  1. wget https://openresty.org/download/openresty-1.13.6.1.tar.gz

  2. tar -xvf openresty-1.13.6.1.tar.gz

  3. wget https://github.com/happyfish100/fastdfs-nginx-module/archive/master.zip

  4. unzip master.zip

配置 nginx 安装,加入fastdfs-nginx-module模块:

 
   
   
 
  1. ./configure --add-module=../fastdfs-nginx-module-master/src/

编译、安装:

 
   
   
 
  1. make && make install

查看Nginx的模块:

 
   
   
 
  1. /usr/local/openresty/nginx/sbin/nginx -v

有下面这个就说明添加模块成功 架构之路搭建FastDFS分布式文件系统

复制 fastdfs-nginx-module 源码中的配置文件到/etc/fdfs 目录, 并修改:

 
   
   
 
  1. cp /fastdfs-nginx-module/src/mod_fastdfs.conf /etc/fdfs/

 
   
   
 
  1. # 连接超时时间

  2. connect_timeout=10

  3. # Tracker Server

  4. tracker_server=192.168.1.190:22122

  5. # StorageServer 默认端口

  6. storage_server_port=23000

  7. # 如果文件ID的uri中包含/group**,则要设置为true

  8. url_have_group_name = true

  9. # Storage 配置的store_path0路径,必须和storage.conf中的一致

  10. store_path0=/home/data/fastdfs/storage

复制 FastDFS 的部分配置文件到/etc/fdfs 目录:

 
   
   
 
  1. cp /fastdfs-nginx-module/src/http.conf /etc/fdfs/

  2. cp /fastdfs-nginx-module/src/mime.types /etc/fdfs/

配置nginx,修改nginx.conf:

 
   
   
 
  1. location ~/group([0-9])/M00 {

  2.    ngx_fastdfs_module;

  3. }

启动Nginx:

 
   
   
 
  1. [root@iz2ze7tgu9zb2gr6av1tysz sbin]# ./nginx

  2. ngx_http_fastdfs_set pid=9236

测试上传:

 
   
   
 
  1. [root@iz2ze7tgu9zb2gr6av1tysz fdfs]# /usr/bin/fdfs_upload_file /etc/fdfs/client.conf /etc/fdfs/4.jpg

  2. group1/M00/00/00/rBD8EFqVACuAI9mcAAC_ornlYSU088.jpg

部署结构图:

架构之路搭建FastDFS分布式文件系统

JAVA 客户端集成

pom.xml引入:

 
   
   
 
  1. <!-- fastdfs -->

  2. <dependency>

  3.    <groupId>org.csource</groupId>

  4.    <artifactId>fastdfs-client-java</artifactId>

  5.    <version>1.27</version>

  6. </dependency>

fdfs_client.conf配置:

 
   
   
 
  1. #连接tracker服务器超时时长

  2. connect_timeout = 2  

  3. #socket连接超时时长

  4. network_timeout = 30

  5. #文件内容编码

  6. charset = UTF-8

  7. #tracker服务器端口

  8. http.tracker_http_port = 8080

  9. http.anti_steal_token = no

  10. http.secret_key = FastDFS1234567890

  11. #tracker服务器IP和端口(可以写多个)

  12. tracker_server = 192.168.1.190:22122

FastDFSClient上传类:

 
   
   
 
  1. public class FastDFSClient{

  2.    private static final String CONFIG_FILENAME = "D:\\itstyle\\src\\main\\resources\\fdfs_client.conf";

  3.    private static final String GROUP_NAME = "market1";

  4.    private TrackerClient trackerClient = null;

  5.    private TrackerServer trackerServer = null;

  6.    private StorageServer storageServer = null;

  7.    private StorageClient storageClient = null;

  8.    static{

  9.        try {

  10.            ClientGlobal.init(CONFIG_FILENAME);

  11.        } catch (IOException e) {

  12.            e.printStackTrace();

  13.        } catch (MyException e) {

  14.            e.printStackTrace();

  15.        }

  16.    }

  17.    public FastDFSClient() throws Exception {

  18.       trackerClient = new TrackerClient(ClientGlobal.g_tracker_group);

  19.       trackerServer = trackerClient.getConnection();

  20.       storageServer = trackerClient.getStoreStorage(trackerServer);;

  21.       storageClient = new StorageClient(trackerServer, storageServer);

  22.    }

  23.    /**

  24.     * 上传文件

  25.     * @param file 文件对象

  26.     * @param fileName 文件名

  27.     * @return

  28.     */

  29.    public  String[] uploadFile(File file, String fileName) {

  30.        return uploadFile(file,fileName,null);

  31.    }

  32.    /**

  33.     * 上传文件

  34.     * @param file 文件对象

  35.     * @param fileName 文件名

  36.     * @param metaList 文件元数据

  37.     * @return

  38.     */

  39.    public  String[] uploadFile(File file, String fileName, Map<String,String> metaList) {

  40.        try {

  41.            byte[] buff = IOUtils.toByteArray(new FileInputStream(file));

  42.            NameValuePair[] nameValuePairs = null;

  43.            if (metaList != null) {

  44.                nameValuePairs = new NameValuePair[metaList.size()];

  45.                int index = 0;

  46.                for (Iterator<Map.Entry<String,String>> iterator = metaList.entrySet().iterator(); iterator.hasNext();) {

  47.                    Map.Entry<String,String> entry = iterator.next();

  48.                    String name = entry.getKey();

  49.                    String value = entry.getValue();

  50.                    nameValuePairs[index++] = new NameValuePair(name,value);

  51.                }

  52.            }

  53.            return storageClient.upload_file(GROUP_NAME,buff,fileName,nameValuePairs);

  54.        } catch (Exception e) {

  55.            e.printStackTrace();

  56.        }

  57.        return null;

  58.    }

  59.    /**

  60.     * 获取文件元数据

  61.     * @param fileId 文件ID

  62.     * @return

  63.     */

  64.    public Map<String,String> getFileMetadata(String groupname,String fileId) {

  65.        try {

  66.            NameValuePair[] metaList = storageClient.get_metadata(groupname,fileId);

  67.            if (metaList != null) {

  68.                HashMap<String,String> map = new HashMap<String, String>();

  69.                for (NameValuePair metaItem : metaList) {

  70.                    map.put(metaItem.getName(),metaItem.getValue());

  71.                }

  72.                return map;

  73.            }

  74.        } catch (Exception e) {

  75.            e.printStackTrace();

  76.        }

  77.        return null;

  78.    }

  79.    /**

  80.     * 删除文件

  81.     * @param fileId 文件ID

  82.     * @return 删除失败返回-1,否则返回0

  83.     */

  84.    public int deleteFile(String groupname,String fileId) {

  85.        try {

  86.            return storageClient.delete_file(groupname,fileId);

  87.        } catch (Exception e) {

  88.            e.printStackTrace();

  89.        }

  90.        return -1;

  91.    }

  92.    /**

  93.     * 下载文件

  94.     * @param fileId 文件ID(上传文件成功后返回的ID)

  95.     * @param outFile 文件下载保存位置

  96.     * @return

  97.     */

  98.    public  int downloadFile(String groupName,String fileId, File outFile) {

  99.        FileOutputStream fos = null;

  100.        try {

  101.            byte[] content = storageClient.download_file(groupName,fileId);

  102.            fos = new FileOutputStream(outFile);

  103.            InputStream ips = new ByteArrayInputStream(content);

  104.            IOUtils.copy(ips,fos);

  105.            return 0;

  106.        } catch (Exception e) {

  107.            e.printStackTrace();

  108.        } finally {

  109.            if (fos != null) {

  110.                try {

  111.                    fos.close();

  112.                } catch (IOException e) {

  113.                    e.printStackTrace();

  114.                }

  115.            }

  116.        }

  117.        return -1;

  118.    }

  119.    public static void main(String[] args) throws Exception {

  120.        FastDFSClient client = new FastDFSClient();

  121.        File file = new File("D:\\23456.png");

  122.        String[] result = client.uploadFile(file, "png");

  123.        System.out.println(result.length);

  124.        System.out.println(result[0]);

  125.        System.out.println(result[1]);

  126.    }

  127. }

执行main方法测试返回:

 
   
   
 
  1. 2

  2. group1

  3. M00/00/00/rBD8EFqTrNyAWyAkAAKCRJfpzAQ227.png

源码:

https://gitee.com/52itstyle/spring-boot-fastdfs

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以上是关于架构之路搭建FastDFS分布式文件系统的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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