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  • 分布式文件系统fastDFS-设计原理

    一、分布式文件系统fastDFS-设计原理

    FastDFS是一个开源的轻量级分布式文件系统,由跟踪服务器(tracker server)、存储服务器(storage server)和客户端(client)三个部分组成,

    主要解决了海量数据存储问题,特别适合以中小文件(建议范围:4KB< file_size <500MB)为载体的在线服务。

    1、Storage server

    Storage server(后简称storage)以组(卷,group或volume)为单位组织,一个group内包含多台storage机器,数据互为备份,存储空间以group内容量最小的storage为准,所以建议group内的多个storage尽量配置相同,以免造成存储空间的浪费。

    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内的其他机器,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(后面会介绍),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,然后将文件数据直接作为一个本地文件存储到该目录中。

    2、Tracker server

    Tracker是FastDFS的协调者,负责管理所有的storage server和group,每个storage在启动后会连接Tracker,告知自己所属的group等信息,并保持周期性的心跳,tracker根据 storage的心跳信息,建立group==>[storage server list]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。

    3、Uploadfile

    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。

    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tracker。

    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.Specifiedgroup,指定某一个确定的group
    3.Load balance,剩余存储空间多的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,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(文件名)

    
    
    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(访问url:路径+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。




    4、Download file

    客户端upload file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。

    跟upload file一样,在download file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。由于group内的文件同步时在后台异步进行的,所以有可能出现在读到时候,文件还没有同步到某些storage server上,为了尽量避免访问到这样的storage,tracker按照如下规则选择group内可读的storage。

    1. 该文件上传到的源头storage -源头storage只要存活着,肯定包含这个文件,源头的地址被编码在文件名中。
    2. 文件创建时间戳==storage被同步到的时间戳且(当前时间-文件创建时间戳)>文件同步最大时间(如5分钟)-文件创建后,
       认为经过最大同步时间后,肯定已经同步到其他storage了。
    3. 文件创建时间戳< storage被同步到的时间戳。-同步时间戳之前的文件确定已经同步了
    4.(当前时间-文件创建时间戳)>同步延迟阀值(如一天)。-经过同步延迟阈值时间,认为文件肯定已经同步了。

    5、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

    http://my.oschina.net/denglz/blog/488339

    待议:

    1.文件(例如图片)是怎同步过去的?

    2.storage1有路径path和两级目录,那么storage2和3应该也有,对应着?

    3.怎么判断文件在storage2和3上存在的?

    4.新添加tracker或者storage,怎么动作的?

    5.优缺点、适用情况?

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