分布式文件系统 fastDFS

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发布时间：2019-04-28

本文共 6715 字，大约阅读时间需要 22 分钟。

1. 什么是分布式文件系统

1.1 技术应用场景

大量的文件，并且提供给用户去下载，文件太多如何高效存储？用户访问量大如何保证下载速度？分布式文件系统将解决这些问题。

分布式文件系统解决了海量文件存储及传输访问的瓶颈问题，对海量视频的管理、对海量图片的管理等。

1.2 什么是分布式文件系统

在这里插入图片描述

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。

常见的文件系统：FAT16/FAT32、NTFS、HFS、UFS、APFS、XFS、Ext4等。

1.2.1 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。

好处：

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。

一台计算机挂了还有另外副本计算机提供数据。

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

1.2.2 主流的分布式文件系统

HDSF

1.2.3 分布式文件服务提供商

阿里的OSS

七牛云存储

百度云存储

2. fastDFS

2.1 fastDSF介绍

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

2.2 fastDSF工作原理

2.2.1 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。

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。

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）。

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。

2.2.2文件上传流程

在这里插入图片描述

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。

2.2.3 文件下载流程

在这里插入图片描述

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。

3. fastDFS入门

3.1 fastDFS安装与配置

3.2 文件上传下载

3.2.1搭建环境

这里使用javaApi测试文件的上传，java版本的fastdfs-client地址在：

，参考此工程编写测试用例

创建maven工程

pom.xm


             
      
       org.springframework.boot
              
      
       spring-boot-starter-parent
              
      
       1.5.9.RELEASE
          
         
     
      com.xuecheng
         
     
      test-fastDSF
         
     
      1.0-SNAPSHOT
         
             
                  
       
        org.springframework.boot
                   
       
        spring-boot-starter-web
               
              
              
                  
       
        net.oschina.zcx7878
                   
       
        fastdfs-client-java
                   
       
        1.27.0.0
               
              
                  
       
        org.springframework.boot
                   
       
        spring-boot-starter-test
                   
       
        test
               
              
                  
       
        org.apache.commons
                   
       
        commons-io
                   
       
        1.3.2

配置文件

在classpath:config下创建fastdfs-client.properties文件

#http连接超时时间  fastdfs.connect_timeout_in_seconds=5#tracker与storage网络通信超时时间  fastdfs.network_timeout_in_seconds=30#字符编码  fastdfs.charset=UTF-8#tracker服务器地址，多个地址中间用英文逗号分隔fastdfs.tracker_servers=127.0.0.1:22122

3.2.2 文件上传

//文件上传	@Test    public void testUpload() {
           try {
               //加载fastdfs-client.properties配置文件            ClientGlobal.initByProperties("config/fastdfs‐client.properties");            //定义TrackerClient,用于请求TrackerServer            TrackerClient trackerClient = new TrackerClient();            //连接tracker            TrackerServer trackerServer = trackerClient.getConnection();            //获取Stroage            StorageServer storeStorage = trackerClient.getStoreStorage(trackerServer);            //创建stroageClient            StorageClient1 storageClient1 = new StorageClient1(trackerServer, storeStorage);            //向stroage服务器上次文件            //本地文件的路径            String filePath = "E:\\RWNF~MZ6HESXF{G)G_BXNC.gif";            //上传成功后拿到文件Id            String png = storageClient1.upload_file1(filePath, "png", null);            System.out.println(png);        } catch (Exception ex) {
               ex.printStackTrace();        }    }

3.2.3 文件查询

//查询文件    @Test    public void testQueryFile() throws IOException, MyException {
           ClientGlobal.initByProperties("config/fastdfs‐client.properties");        TrackerClient tracker = new TrackerClient();        TrackerServer trackerServer = tracker.getConnection();        StorageServer storageServer = null;        StorageClient storageClient = new StorageClient(trackerServer,                storageServer);        FileInfo fileInfo = storageClient.query_file_info("group1",                "M00/00/01/wKhlQFrKBSOAW5AWAALcAg10vf4862.png");        System.out.println(fileInfo);    }

3.2.4 文件下载

@Test    public void testDownload() {
           try {
               //加载fastdfs-client.properties配置文件            ClientGlobal.initByProperties("config/fastdfs‐client.properties");            //定义TrackerClient,用于请求TrackerServer            TrackerClient trackerClient = new TrackerClient();            //获取TrackerClient连接            TrackerServer trackerServer = trackerClient.getConnection();            //获取Storage            StorageServer storeStorage = trackerClient.getStoreStorage(trackerServer);            //创建storageClient            StorageClient1 storageClient1 = new StorageClient1(trackerServer, storeStorage);            //下载文件//            文件id            String fileId = "group1/M00/00/00/rBELi13bv8GAXwtgAAOYbtDdtkg020.png";            byte[] bytes = storageClient1.download_file1(fileId);            FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(new File("E:\\aa.png"));            fileOutputStream.write(bytes);        } catch (Exception e) {
               e.printStackTrace();        }    }

3.3 搭建图片虚拟主机

3.3.1 在storage上安装Nginx

在 storage server 上安装 nginx 的目的是对外通过 http 访问 storage server 上的文件。使用 nginx 的模块

FastDFS-nginx-module 的作用是通过 http 方式访问 storage 中的文件，当 storage 本机没有要找的文件时向源storage 主机代理请求文件。

可以使用docker进行便捷安装