分布式文件系统MogileFS

Posted 2020-06-14

MogileFS 是一个开源的分布式文件系统，用于组建分布式文件集群，由 LiveJournal 旗下 Danga Interactive 公司开发，Danga 团队开发了包括 Memcached、MogileFS、Perlbal 等不错的开源项目：(注：Perlbal 是一个强大的 Perl 写的反向代理服务器)。目前国内使用 MogileFS 的有图片托管网站 yupoo 等。

MogileFS 特性

1. 应用层 – 不需要特殊的核心组件

2. 无单点失败 — MogileFS分布式文件存储系统安装的三个组件（存储节点、跟踪器、跟踪用的数据库），均可运行在多个 机器上，因此没有单点失败。（你也可以将跟踪器和存储节点运行在同一台机器上，这样你就没有必要用4台机器）推荐至少两台机器。

3. 自动的文件复制 — 基于不同的文件“分类”，文件可以被自动的复制到多个有足够存储空间的存储节点上，这样可以满足这个“类别”的最少复制要求。比如你有一个图片网站，你可 以设置原始的JPEG图片需要复制 至少三份，但实际只有1or2份拷贝，如果丢失了数据，那么MogileFS分布式文件存储系统可以重新建立遗失的拷贝数。用这种办 法，MogileFS(不做RAID)可以节约磁盘，否则你将存储同样的拷贝多份，完全没有必要。

4. “比RAID好多了”– 在一个非存储区域网络的RAID（non-SAN RAID）的建立中，磁盘是冗余的，但主机不是，如果你整个机器坏了，那么文件也将不能访问。 MogileFS分布式文件存储系统在不同的机器之间进行文件复制，因此文件始终是可用的。

传输中立，无特殊协议 — MogileFS分布式文件存储系统客户端可以通过NFS或HTTP来和MogileFS的存储节点来通信，但首先需要告知跟踪器一下。

5. 简单的命名空间 –文件通过一个给定的key来确定，是一个全局的命名空间。你可以自己生成多个命名空间，只要你愿意，不过这样可能在同一MogileFS中会造成key冲突。

6. 不用共享任何东西 — MogileFS分布式文件存储系统不需要依靠昂贵的SAN来共享磁盘，每个机器只用维护好自己的磁盘。

7. 不需要RAID — 在MogileFS中的磁盘可以是做了RAID的也可以是没有，如果是为了安全性着想的话RAID没有必要买了，因为MogileFS分布式文件存储系统已经提供了。

MogileFS 的结构

在使用前，我们需要对 MogileFS 有个基本的了解，就是他的三个大的部分,Tracker and Database 和 Storage Nodes, Client 组成。由二个服务进程 MogileFSd 和 mogstored 。

MogileFS 的组成部分

前面提到 Tracker and Database 和 Storage Nodes, Client 组成，我们这先不讲 Client.因为Client实际上是一个 Perl 的 pm，可以写程序调用该 pm 来使用 MogileFS 系统，对整个系统进行读写操作。另外，象 nginx 之类有相关的模块。另外也有做成象文件系统一样采用fuse方式挂载.

Trackers（跟踪器 ,调度器）

这个是 MogileFS 的核心部分，通俗点讲，就他是一个调度器。MogileFSd 进程就是 trackers程序，类似 MogileFS 的 wiki 上介绍的，trackers 做了很多工作，Replication ，Deletion，Query，Reaper，Monitor等等。这个是基于事件的( event-based ) 父进程/消息总线来管理所有来之于客户端应用的交互(requesting operations to be performed), 包括将请求负载平衡到 “query workers” 中，让 MogileFSd 的子进程去处理. mogadm,mogtool 的所有操作都要跟 trackers 打交 道，Client 的一些操作也需要定义好 trackers，因此最好同时运行多个 trackers 来做负载均衡。trackers 也可以只运行在一台机器 上，也可以跟其他程序运行在一起（不建议）

配置文件： /etc/mogilefs/mogilefsd.conf

数据库（mysql）部分

如上图所显示的，数据库用来存放 MogileFS 的元数据 (命名空间, 和文件在哪里). 是 Trackers 来操作和管理它。你可以用 mogdbsetup 程序来初始化数据库。因为数据库保存了MogileFS的所有元数据，如果这儿挂了，那么整个 MogileFS 将处于不可用状态。因此最好是HA结构。

存储节点(Storage Nodes )

实际文件存放的地方. 存储节点是一个 HTTP 服务器，用来做删除，存放，重命名等事情，任何 WebDAV 服务器都可以, 不过推荐使用 mogstored 。 MogileFSd 可以配置到两个机器上使用不同端口… mogstored 为所有 DAV 操作 (和流量监测), 并且你自己选择的快速的 HTTP 服务器用来做 GET 操作(给客户端提供文件). 典型的应用是一个挂载点有一个大容量的 SATA 磁盘，它们被挂载到 /var/mogdata/devNN. 只要配置完配置文件后 mogstored 程序的启动将会使本机成为一个存储节点。当然还需要 mogadm 这个工具增加这台机器到 Cluster 中。

配置文件: /etc/mogilefs/mogstored.conf

MogileFS 服务进程

对应上面的部分

MogileFSd — MogileFS 的主守护进程，就是上面指的 trackers（跟踪器 ）,由 /etc/MogileFS/MogileFSd.conf 这个配置文件控制。

mogstored — MogileFS 存储守护进程, 这个就是上面指的存储节点(Storage Nodes )，由 /etc/MogileFS/mogstored.conf 这个配置文件控制。

MogileFS由3个部分组成：
   第1个部分： 是server端，包括mogilefsd和mogstored两个程序。前者即是mogilefsd的tracker，它将一些全局信息保存在数据库 里，例如站点domain,class,host等。后者即是存储节点(store node)，它其实是个HTTP Daemon，默认侦听在7500端口，接受客户端的文件备份请求。在安装完后，要运行mogadm工具将所有的store node注册到mogilefsd的数据库里，mogilefsd会对这些节点进行管理和监控。
   第2个部分：是utils（工具集），主要是MogileFS的一些管理工具，例如mogadm等。
   第3个部分：是客户端API，目前只有Perl API(MogileFS.pm)、php，用这个模块可以编写客户端程序，实现文件的备份管理功能,提供MogileFS.pm。

CAP理论：一致性，可用性，分区容错性；指一个分布式系统不可以满足一致性，可用性和分区容错性这三个需求，最多只能同时满足其中的两个；
   C(Consistency)：一致性，任何一个读操作总是能够读取之前完成的写操作；就是一个数据写入一立马被读到；
   A(Availability)：可用性，每一次操作总是能够 在确定的时间返回；无论成功或失败都能收到一个返回值的；
   P(Tolerance of network Partition)：分区容错性，在出现网络分区的情况下，仍然能够满足一致性和可用性；

 

BASE法则模型反ACID模型，完全不同ACID模型，牺牲高一致性，获得可用性或可靠性：
   BA：Basically Available，基本可以用，支持分区失败(sharding碎片划分数据库)；
   S：Soft state，软状态，接受一段时间内的状态不同步，异步；
   E：Eventually consistent：最终一致性，弱一致性的表现；
   BASE思想主要强调基本的可用性，如果你需要High 可用性，也就是纯粹的高性能，那么就要以一致性或容错性为牺牲，BASE思想的方案在性能上还是有潜力可挖的。

 

Paxos算法：比2PC提交更轻量级的分布式事务的协调方式；大概是指不出现故拜占庭将军的前提下，要取得数据的一致性，在通信信道不安全的时候，我们数据传输可能会被人劫持，这样就不能保证数据的可信了，所以必须保证通信信道安全下Paxos算法才可行；

[ Mogilefs分为几部分 ]

1. 数据库（MySQL）部分
你可以用 mogdbsetup程序来初始化数据库。数据库保存了Mogilefs的所有元数据，你可以单独拿数据库服务器来做，也可以跟其他程序跑在一起，数据库 部分非常重要，类似邮件系统的认证中心那么重要，如果这儿挂了，那么整个Mogilefs将处于不可用状态。因此最好是HA结构。

2. 存储节点
mogstored 程序的启动将使本机成为一个存储节点。启动时默认去读/etc/mogilefs/mogstored.conf ，具体配置可以参考配置部分。mogstored启动后，便可以通过mogadm增加这台机器到cluster中。一台机器可以只运行一个 mogstored作为存储节点即可，也可以同时运行其他程序。

3. trackers（跟踪器）
mogilefsd即 trackers程序，类似mogilefs的wiki上介绍的，trackers做了很多工作，Replication ，Deletion，Query，Reaper，Monitor等等。mogadm,mogtool的所有操作都要跟trackers打交 道，Client的一些操作也需要定义好trackers，因此最好同时运行多个trackers来做负载均衡。trackers也可以只运行在一台机器 上，也可以跟其他程序运行在一起，只要你配置好他的配置文件即可，默认在/etc/mogilefs/mogilefsd.conf。

4. 工具
主要就是mogadm，mogtool这两个工具了，用来在命令行下控制整个mogilefs系统以及查看状态等等。

5. Client
Client实际上是一个Perl的pm，可以写程序调用该pm来使用mogilefs系统，对整个系统进行读写操作。

[ 概念定义 ]
可以参考官方wiki的这儿，简单说一下
domain：最高域，在一个域下key是唯一的。
class：包含在domain中，可以针对每一个class定义保存的份数。
key：对文件的唯一标识。
file：文件。

[ 适用性 ]
     由于Mogilefs不支持对一个文件的随机读写，因此注定了只适合做一部分应用。比如图片服务，静态html服务。
即文件写入后基本上不需要修改的应用，当然你也可以生成一个新的文件覆盖上去。

三.配置
1)创建数据库
#mogdbsetup –dbhost=10.15.6.28 –dbname=mogilefs –dbuser=root
2)tracker配置
新建/etc/mogilefsd.conf文件内容:
db_dsn DBI:mysql:mogilefs
db_user mogile
db_pass 123123
conf_port 6001
listener_jobs 5
 
db_dsn指向的是你数据库的位置,如果你数据库不在同一个机器上,请改为:
db_dsn DBI:mysql:mogilefs:127.0.0.1
 
由于mogilefsd不能用root用户启动.所以添加mogile用户
# adduser mogile
在配置下面以前先启动 trackers server
# su mogile
# mogilefsd -c /etc/mogilefsd.conf –daemon
2)Storage Server 配置
用mogadm工具将storage server加到数据库中:
#mogadm -lib=/usr/lib/perl5/5.8.8 -trackers=10.15.6.28:6001 host add mogilestorage -ip=10.15.6.28 -port=7500 -status=alive(由于我是在一台机器上配,故trackers的地址和ip地址是一样的)
用下面命令来检测是否成功:
#mogadm -lib=/usr/lib/perl5/5.8.8 -trackers=10.15.6.28:6001 host list
加入一个设备到你的storage server:
#mogadm -lib=/usr/lib/perl5/5.8.8 -trackers=10.15.6.28:6001 device add mogilestorage 1
用下面命令来检测是否成功:
#mogadm -lib=/usr/lib/perl5/5.8.8 -trackers=10.15.6.28:6001 device list
Device ID 是唯一的,一旦创建将无法删除,只能mark为dead. 所以,如果你某个磁盘坏了,你mark为dead, 后来又修好了,
那么你必须重新格式化并命名为新的device id, 不支持将device从dead变为alive.
 
新建配置文件:/etc/mogstored.conf内容是
httplisten=0.0.0.0:7500
mgmtlisten=0.0.0.0:7501
docroot=/opt/mogdata
建个存放文件的目录 # mkdir /opt/mogdata
 
在存放文件的目录下面在建个目录:
#mkdir -p /opt/mogdata/dev1
PS:mogadm 参数的用法请参考http://search.cpan.org/~dormando/MogileFS-Utils/mogadm
3)运行MogileFS
启动 storage server
#mogstored -c /etc/mogstored.conf –daemon
启动 Trackers
su mogile
mogilefsd -c /etc/mogilefs/mogilefsd.conf –daemon
查看你所有的服务都起来没有
#ps -ef | grep mogilefsd
#ps -ef | grep mogstored
三.测试阶段
生成domain
#mogadm -lib=/usr/lib/perl5/5.8.8 -trackers=10.15.6.28:6001 domain add testdomain
 
加一个 class 到domain
#mogadm -lib=/usr/lib/perl5/5.8.8 -trackers=10.15.6.28:6001 class add testdomain testclass

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