轻量级分布式文件系统fastDFS

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所属分类:软件开发

一:为什么要选择分布式文件系统

初创时期由于时间紧迫,在各种资源有限的情况下,通常就直接在项目目录下建立静态文件夹,用于用户存放项目中的文件资源。如果按不同类型再细分,可以在项目目录下再建立不同的子目录来区分。例如: resources\static\file、 resources\static\img等。

优点这样做比较便利,项目直接引用就行,实现起来也简单,无需任何复杂技术,保存数据库记录和访问起来也很方便。

缺点如果只是后台系统的使用一般也不会有什么问题,但是作为一个前端网站使用的话就会存在弊端。一方面,文件和代码耦合在一起,文件越多存放越混乱;另一方面,如果流量比较大,静态文件访问会占据一定的资源,影响正常业务进行,不利于网站快速发展。

独立文件服务器

随着公司业务不断发展,将代码和文件放在同一服务器的弊端就会越来越明显。为了解决上面的问题引入独立图片服务器,工作流程如下:项目上传文件时,首先通过ftp或者ssh将文件上传到图片服务器的某个目录下,再通过ngnix或者apache来访问此目录下的文件,返回一个独立域名的图片URL地址,前端使用文件时就通过这个URL地址读取。

优点图片访问是很消耗服务器资源的(因为会涉及到操作系统的上下文切换和磁盘I/O操作),分离出来后,Web/App服务器可以更专注发挥动态处理的能力;独立存储,更方便做扩容、容灾和数据迁移;方便做图片访问请求的负载均衡,方便应用各种缓存策略(HTTP Header、Proxy Cache等),也更加方便迁移到CDN。

缺点单机存在性能瓶颈,容灾、垂直扩展性稍差

分布式文件系统

通过独立文件服务器可以解决一些问题,如果某天存储文件的那台服务突然down了怎么办?可能你会说,定时将文件系统备份,这台down机的时候,迅速切换到另一台就OK了,但是这样处理需要人工来干预。另外,当存储的文件超过100T的时候怎么办?单台服务器的性能问题?这个时候我们就应该考虑分布式文件系统了。

业务继续发展,单台服务器存储和响应也很快到达了瓶颈,新的业务需要文件访问具有高响应性、高可用性来支持系统。分布式文件系统,一般分为三块内容来配合,服务的存储、访问的仲裁系统,文件存储系统,文件的容灾系统来构成,仲裁系统相当于文件服务器的大脑,根据一定的算法来决定文件存储的位置,文件存储系统负责保存文件,容灾系统负责文件系统和自己的相互备份。

优点扩展能力: 毫无疑问,扩展能力是一个分布式文件系统最重要的特点;高可用性: 在分布式文件系统中,高可用性包含两层,一是整个文件系统的可用性,二是数据的完整和一致性;弹性存储: 可以根据业务需要灵活地增加或缩减数据存储以及增删存储池中的资源,而不需要中断系统运行

缺点系统复杂度稍高,需要更多服务器

二:什么的fastDFS

FastDFS 是一个开源的高性能分布式文件系统(DFS)。 它的主要功能包括:文件存储,文件同步和文件访问,以及高容量和负载平衡。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。

项目地址:https://github.com/happyfish100/fastdfs

FastDFS 系统有三个角色:跟踪服务器(Tracker Server)、存储服务器(Storage Server)和客户端(Client)。

Tracker Server:跟踪服务器,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。

Storage Server:存储服务器,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。

Client:客户端,上传下载数据的服务器,也就是我们自己的项目所部署在的服务器。

轻量级分布式文件系统fastDFS

三: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。

四: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。

轻量级分布式文件系统fastDFS

五: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。

六: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。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。

轻量级分布式文件系统fastDFS

 

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