分布式文件系統FastDFS原理介紹

jopen 9年前發布 | 22K 次閱讀 FastDFS 分布式/云計算/大數據

在生產中我們一般希望文件系統能幫我們解決以下問題，如：1.超大數據存儲；2.數據高可用（冗余備份）；3.讀/寫高性能；4.海量數據計算。最好還得支持多平臺多語言，支持高并發。

由于單臺服務器無法滿足以上要求，這就迫使開發者不得不考慮使用其他方式解決此類問題。分布式文件系統就在這樣迫切的需求下孕育而生。

今天為什么把標題定為“分布式文件系統”呢？是因為我想通過此次分享（FastDFS原理介紹），和大家去做更多關于分布式文件系統的研究和分享。我想這項研究應該會是一個“系列”性的專題。在本文之后還計劃分享“FastDFS源碼分析”，“FastDFS擴容及資源優化”。

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什么是FastDFS？

FastDFS 是一個開源的輕量級分布式文件系統。它解決了大數據量存儲和負載均衡等問題。特別適合以中小文件（建議范圍：4KB < file_size <500MB）為載體的在線服務，如相冊網站、視頻網站等等。在UC基于FastDFS開發向用戶提供了：網盤，社區，廣告和應用下載等業務的存儲服務。

FastDFS架構：

FastDFS服務端有三個角色：跟蹤服務器（tracker server）、存儲服務器（storage server）和客戶端（client）。

tracker server：跟蹤服務器，主要做調度工作，起負載均衡的作用。在內存中記錄集群中所有存儲組和存儲服務器的狀態信息，是客戶端和數據服務器交互的樞紐。相比GFS中的master更為精簡，不記錄文件索引信息，占用的內存量很少。
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storage server：存儲服務器（又稱：存儲節點或數據服務器），文件和文件屬性（meta data）都保存到存儲服務器上。Storage server直接利用OS的文件系統調用管理文件。
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client：客戶端，作為業務請求的發起方，通過專有接口，使用TCP/IP協議與跟蹤器服務器或存儲節點進行數據交互。
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Tracker Server：跟蹤服務器，主要做調度工作，在訪問上起負載均衡的作用。
Storage Server：存儲服務器（又稱數據服務器）。

ps：這樣的架構具有以下特點：1.輕量級（相比GFS簡化了master角色，不再管理meta數據信息）。2.對等結構。3.分組方式。

FastDFS協議：

FastDFS角色間是基于TCP/IP協議進行通信，協議包格式為：header + body。具體結構如圖：

FastDFS各節點間都是通過tcp/ip的方式來進行通信的。
協議包由兩部分組成：header和body

上傳機制：

同步時間管理：

當一個文件上傳成功后，客戶端馬上發起對該文件下載請求（或刪除請求）時，tracker是如何選定一個適用的存儲服務器呢？

其實每個存儲服務器都需要定時將自身的信息上報給tracker，這些信息就包括了本地同步時間（即，同步到的最新文件的時間戳）。而tracker根據各個存儲服務器的上報情況，就能夠知道剛剛上傳的文件，在該存儲組中是否已完成了同步。同步信息上報如下圖：

下載機制：

精巧的FID：

說到下載就不得不提文件索引（又稱：FID）的精巧設計了。文件索引結構如下圖，是客戶端上傳文件后存儲服務器返回給客戶端，用于以后訪問該文件的索引信息。文件索引信息包括：組名，虛擬磁盤路徑，數據兩級目錄，文件名。

ps：
- 組名：文件上傳后所在的存儲組名稱，在文件上傳成功后有存儲服務器返回，需要客戶端自行保存。一個組下可以有多個storage，我感覺組就是為管理storage的
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- 虛擬磁盤路徑：存儲服務器配置的虛擬路徑，與磁盤選項store_path*對應。
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- 數據兩級目錄：存儲服務器在每個虛擬磁盤路徑下創建的兩級目錄，用于存儲數據文件。
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- 文件名：與文件上傳時不同。是由存儲服務器根據特定信息生成，文件名包含：源存儲服務器IP地址、文件創建時間戳、文件大小、隨機數和文件拓展名等信息。
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  快速定位文件：
  
  知道FastDFS FID的組成后，我們來看看FastDFS是如何通過這個精巧的FID定位到需要訪問的文件。
  1. 通過組名tracker能夠很快的定位到客戶端需要訪問的存儲服務器組，并將選擇合適的存儲服務器提供客戶端訪問；
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  2. 存儲服務器根據“文件存儲虛擬磁盤路徑”和“數據文件兩級目錄”可以很快定位到文件所在目錄，并根據文件名找到客戶端需要訪問的文件。
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    本次分享的主要內容包含：FastDFS各角色的任務分工/協作，文件索引的原理設計以及文件上傳/下載操作的流程。通過此次學習我們對FastDFS有了初步的了解，如：
    - FastDFS只有三個角色；且跟蹤服務器和存儲服務器均不存在單點。
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    - 跟蹤服務器被動的接收存儲服務器匯報，對存儲服務器進行分組管理；并為客戶端選定適用的存儲服務器。同一存儲服務器可以同時向多臺跟蹤服務器匯報狀態信息。
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    - 存儲服務器組內所有存儲服務器是對等關系，存儲的數據一一對應且相同；所有的存儲服務器均是同時在線服務，極大的提高的服務器的使用率，分擔了數據訪問壓力。
      
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      原文地址：http://tech.uc.cn/?p=221