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  • 学成在线（第8天）FastDFS分布式文件系统

    FastDFS 研究

     什么是分布式文件系统

    什么是文件系统

    文件系统是负责管理和存储文件的系统软件，它是操作系统和硬件驱动之间的桥梁，操作系统通过文件系统
    提供的接口去存取文件，用户通过操作系统访问磁盘上的文件。如下图：

     什么是分布式文件系统

    为什么会有分布文件系统呢？
    分布式文件系统是面对互联网的需求而产生，互联网时代对海量数据如何存储？靠简单的增加硬盘的个数已经满足
    不了我们的要求，因为硬盘传输速度有限但是数据在急剧增长，另外我们还要要做好数据备份、数据安全等。
    采用分布式文件系统可以将多个地点的文件系统通过网络连接起来，组成一个文件系统网络，结点之间通过网络进
    行通信，一台文件系统的存储和传输能力有限，我们让文件在多台计算机上存储，通过多台计算共同传输。如下
    图：

    好处：
    1、一台计算机的文件系统处理能力扩充到多台计算机同时处理。
    2、一台计算机挂了还有另外副本计算机提供数据。
    3、每台计算机可以放在不同的地域，这样用户就可以就近访问，提高访问速度。

     什么是fastDFS

    FastDFS是用c语言编写的一款开源的分布式文件系统，它是由淘宝资深架构师余庆编写并开源。FastDFS专为互联
    网量身定制，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，使用FastDFS很
    容易搭建一套高性能的文件服务器集群提供文件上传、下载等服务。
    为什么要使用fastDFS呢？
    上边介绍的NFS、GFS都是通用的分布式文件系统，通用的分布式文件系统的优点的是开发体验好，但是系统复杂
    性高、性能一般，而专用的分布式文件系统虽然开发体验性差，但是系统复杂性低并且性能高。fastDFS非常适合
    存储图片等那些小文件，fastDFS不对文件进行分块，所以它就没有分块合并的开销，fastDFS网络通信采用
    socket，通信速度很快。

    fastDSF 架构

    FastDFS架构包括 Tracker server和Storageserver。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。

    1）Tracker

    Tracker Server作用是负载均衡和调度，通过Tracker server在文件上传时可以根据一些策略找到Storage server提
    供文件上传服务。可以将tracker称为追踪服务器或调度服务器。
    FastDFS集群中的Tracker server可以有多台，Tracker server之间是相互平等关系同时提供服务，Tracker server
    不存在单点故障。客户端请求Tracker server采用轮询方式，如果请求的tracker无法提供服务则换另一个tracker。

    2）Storage

    Storage Server作用是文件存储，客户端上传的文件最终存储在Storage服务器上，Storage server没有实现自己
    的文件系统而是使用操作系统的文件系统来管理文件。可以将storage称为存储服务器。

    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Storage server
    之间不会相互通信，同组内的Storage server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的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。
    采用分组存储方式的好处是灵活、可控性较强。比如上传文件时，可以由客户端直接指定上传到的组也可以由
    tracker进行调度选择。一个分组的存储服务器访问压力较大时，可以在该组增加存储服务器来扩充服务能力（纵向
    扩容）。当系统容量不足时，可以增加组来扩充存储容量（横向扩容）。

    3）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

    客户端上传文件后存储服务器将 文件ID 返回给客户端，此文件ID用于以后访问该文件的索引信息。文件索引信息
    包括：组名，虚拟磁盘路径，数据两级目录，文件名。

    • 组名：文件上传后所在的 storage组名称，在文件上传成功后有 storage服务器返回，需要客户端自行保存。
    • 虚拟磁盘路径： storage配置的虚拟路径，与磁盘选项 store_path* 对应。如果配置了store_path0则是M00，如果配置了store_path1则是M01，以此类推。
    • 数据两级目录： storage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。
    • 文件名：与文件上传时不同。是由存储服务器根据特定信息生成，文件名包含：源存储服务器 IP地址、文件创建时间戳、文件大小、随机数和文件拓展名等信息。

    文件下载流程

    tracker根据请求的文件路径即文件ID 来快速定义文件。
    比如请求下边的文件：

    1.通过组名tracker能够很快的定位到客户端需要访问的存储服务器组是group1，并选择合适的存储服务器提供客
    户端访问。
    2.存储服务器根据“文件存储虚拟磁盘路径”和“数据文件两级目录”可以很快定位到文件所在目录，并根据文件名找到
    客户端需要访问的文件。

    FastDFS环境搭建

    关于FastDfs的搭建过程，我这里就不写出来了，我第一次也是专研一下午才弄明白。下面也把搭建好的成品Centos7分享出来，包括nginx的环境搭建。

    fastDFS安装时，./make.sh编译时出错---perl：未找到命令

    做fastDFS的案例的时候，在搭建分布式集群的模块的时候，使用 ./make.sh 编译的时候报错，错误如下:

    错误原因：在执行make.sh的时候没有找到相应的命令

    解决办法：安装相应的命令即可。执行以下命令

    yum -y install zlib zlib-devel pcre pcre-devel gcc gcc-c++ openssl openssl-devel libevent libevent-devel perl unzip net-tools wget

    Centos7成品：

    链接：https://pan.baidu.com/s/1-yxZ_SHoq5k9BymaosTU-w 
    提取码：89ho

    具体搭建过程完全按照这篇博客完成的：

    https://www.cnblogs.com/yufeng218/p/8111961.html

    感兴趣的可以试着做做。

    另外，使用我搭建好的Centos7有几个地方需要注意一下。

    配置和启动storage

    1. cd切换目录到： /etc/fdfs/ 目录下
    2. 修改storage.conf ;   vi  storage.conf
    #配置tracker服务器:IP
    tracker_server=192.168.172.20:22122
    #如果有多个则配置多个tracker
    #tracker_server=192.168.101.4:22122
    这里的storage.conf配置文件要成自己虚拟机的ip地址

    　　　　3. vi /etc/fdfs/mod_fastdfs.conf，改成虚拟机ip地址（同上）

    base_path=/home/fastdfs
tracker_server=192.168.172.20:22122 
#tracker_server=192.168.172.20:22122 #(多个tracker配置多行)
url_have_group_name=true        #url中包含group名称
store_path0=/home/fdfs_storage  #指定文件存储路径（上面配置的store路径）

    　　　　4.修改nginx配置文件，改iP地址（同上）

    cd /usr/local/nginx/conf/
vi nginx.conf

    我的Centos7默认配置tracker，storage和nginx默认开机自动启动了

    可以启动完成后进入 /home/fdfs_storage/data 目录下，可以看到已经启动了。

     nginx可以通过ps -ef | grep nginx查看进程，

     上传图片测试

    拷贝一张图片1.jpg 到Centos服务器上的 root目录下,输入以下指令

    /usr/bin/fdfs_test /etc/fdfs/client.conf upload /root/1.jpg

     红色既是url地址，在浏览器上输入，可以看到上传图片成功！！

     有问题的可以查看上面一篇博客，详解。

     上传图片开发

    需求分析

    在很多系统都有上传图片/上传文件的需求，比如：上传课程图片、上传课程资料、上传用户头像等，为了提供系
    统的可重用性专门设立文件系统服务承担图片/文件的管理，文件系统服务实现对文件的上传、删除、查询等功能
    进行管理。
    各各子系统不再开发上传文件的请求，各各子系统通过文件系统服务进行文件的上传、删除等操作。文件系统服务
    最终会将文件存储到fastDSF文件系统中。
    下图是各各子系统与文件系统服务之间的关系：

     下图是课程管理中上传图片处理流程：

    执行流程如下：
    1、管理员进入教学管理前端，点击上传图片
    2、图片上传至文件系统服务，文件系统请求fastDFS上传文件
    3、文件系统将文件入库，存储到文件系统服务数据库中。
    4、文件系统服务向前端返回文件上传结果，如果成功则包括文件的Url路径。
    5、课程管理前端请求课程管理进行保存课程图片信息到课程数据库。
    6、课程管理服务将课程图片保存在课程数据库。

    Api接口

    在api工程下创建com.xuecheng.api.filesystem包，

    public interface FileSystemControllerApi {
  
    /**
     * 上传文件
     * @param multipartFile 文件
     * @param filetag 文件标签
     * @param businesskey 业务key
     * @param metedata 元信息,json格式
     * @return
     */
    public UploadFileResult upload(MultipartFile multipartFile,
                    String filetag,
                    String businesskey,
                    String metadata);
}

    Dao

    将文件信息存入数据库，主要存储文件系统中的文件路径。

    public interface FileSystemRepository extends MongoRepository<FileSystem,String> {
}

    Service

    @Service
public class FileSystemService {
    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(FileSystemService.class);
    @Value("${xuecheng.fastdfs.tracker_servers}")
    String tracker_servers;
    @Value("${xuecheng.fastdfs.connect_timeout_in_seconds}")
    int connect_timeout_in_seconds;
    @Value("${xuecheng.fastdfs.network_timeout_in_seconds}")
    int network_timeout_in_seconds;
    @Value("${xuecheng.fastdfs.charset}")
    String charset;
    @Autowired
    FileSystemRepository fileSystemRepository;
    //加载fdfs的配置
    private void initFdfsConfig(){
        try {
            ClientGlobal.initByTrackers(tracker_servers);
            ClientGlobal.setG_connect_timeout(connect_timeout_in_seconds);
            ClientGlobal.setG_network_timeout(network_timeout_in_seconds);
            ClientGlobal.setG_charset(charset);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            //初始化文件系统出错
            ExceptionCast.cast(FileSystemCode.FS_INITFDFSERROR);
        }
    }
    //上传文件
    public UploadFileResult upload(MultipartFile file,
                                   String filetag,
                                   String businesskey,
                                   String metadata){
        if(file == null){
            ExceptionCast.cast(FileSystemCode.FS_UPLOADFILE_FILEISNULL);
        }
        //上传文件到fdfs
北京市昌平区建材城西路金燕龙办公楼一层 电话：400-618-9090
        String fileId = fdfs_upload(file);
        //创建文件信息对象
        FileSystem fileSystem = new FileSystem();
        //文件id
        fileSystem.setFileId(fileId);
        //文件在文件系统中的路径
        fileSystem.setFilePath(fileId);
        //业务标识
        fileSystem.setBusinesskey(businesskey);
        //标签
        fileSystem.setFiletag(filetag);
        //元数据
        if(StringUtils.isNotEmpty(metadata)){
            try {
                Map map = JSON.parseObject(metadata, Map.class);
                fileSystem.setMetadata(map);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //名称
        fileSystem.setFileName(file.getOriginalFilename());
        //大小
        fileSystem.setFileSize(file.getSize());
        //文件类型
        fileSystem.setFileType(file.getContentType());
        fileSystemRepository.save(fileSystem);
        return new UploadFileResult(CommonCode.SUCCESS,fileSystem);
    }
    //上传文件到fdfs，返回文件id
    public String fdfs_upload(MultipartFile file) {
        try {
            //加载fdfs的配置
            initFdfsConfig();
            //创建tracker client
            TrackerClient trackerClient = new TrackerClient();
            //获取trackerServer
            TrackerServer trackerServer = trackerClient.getConnection();
            //获取storage
            StorageServer storeStorage = trackerClient.getStoreStorage(trackerServer);
            //创建storage client
            StorageClient1 storageClient1 = new StorageClient1(trackerServer,storeStorage);
            //上传文件
            //文件字节
            byte[] bytes = file.getBytes();
            //文件原始名称
            String originalFilename = file.getOriginalFilename();
            //文件扩展名
            String extName = originalFilename.substring(originalFilename.lastIndexOf(".") + 1);
            //文件id
            String file1 = storageClient1.upload_file1(bytes, extName, null);

            return file1;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}
    View Code

    Controller

    @RestController
@RequestMapping("/filesystem")
public class FileSystemController implements FileSystemControllerApi {
    @Autowired
    FileSystemService fileSystemService;
    @Override
    @PostMapping("/upload")
    public UploadFileResult upload(@RequestParam("file") MultipartFile file,
                                   @RequestParam(value = "filetag", required = true) String
filetag,
                                   @RequestParam(value = "businesskey", required = false) String
businesskey,
                                   @RequestParam(value = "metedata", required = false) String
metadata) {
        return fileSystemService.upload(file,filetag,businesskey,metadata);
    }
}
    View Code

    测试

    使用swagger-ui或postman进行测试。
    下图是使用swagger-ui进行测试的界面：

     

     

     

     
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