第2课:fastDFS架构解析

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

Storage server
Storage server是用来存储文件的,(后简称storage)以组(group)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内地其他机器,使得恢复时间会很长
storage接受到写文件请求时,会根据配置文件配置好的规则,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

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

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. Specified group,指定某一个确定的group
3. Load balance,剩余存储空间多的group优先

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)

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

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

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

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

FastDFS在V3.0版本里引入小文件合并存储的机制,可将多个小文件存储到一个大的文件(trunk file),为了支持这个机制,FastDFS生成的文件fileid需要额外增加16个字节
1. trunk file id
2. 文件在trunk file内部的offset
3. 文件占用的存储空间大小 (字节对齐及删除空间复用,文件占用存储空间>=文件大小)

HTTP访问支持
FastDFS的tracker和storage都内置了http协议的支持,客户端可以通过http协议来下载文件,tracker在接收到请求时,通过http的redirect机制将请求重定向至文件所在的storage上;除了内置的http协议外,FastDFS还提供了通过apache或nginx扩展模块下载文件的支持

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