fastDFS介绍

1 什么是分布式文件系统

1.1 技术应用场景

优酷拥有大量优质的视频教程，并且免费提供给用户去下载，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。

image.png

1.2 什么是分布式文件系统

1.2.1什么是文件系统

image.png

总结：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。如下图：

image.png

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

1.2.2什么是分布式文件系统

image.png

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。如下图：

image.png

好处：
1、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。
2、一台计算机挂了还有另外副本计算机提供数据。
3、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。

1.3 主流的分布式文件系统

1、NFS

image.png
image.png

1）在客户端上映射NFS服务器的驱动器。
2）客户端通过网络访问NFS服务器的硬盘完全透明。

2、GFS

image.png image.png

1）GFS采用主从结构，一个GFS集群由一个master和大量的chunkserver组成。
2）master存储了数据文件的元数据，一个文件被分成了若干块存储在多个chunkserver中。
3）用户从master中获取数据元信息，从chunkserver存储数据。

3、HDSF

image.png
image.png

1）HDFS采用主从结构，一个HDFS集群由一个名称结点和若干数据结点组成。名称结点存储数据的元信息，一个完整的数据文件分成若干块存储在数据结点。
2）客户端从名称结点获取数据的元信息及数据分块的信息，得到信息客户端即可从数据块来存取数据。

1.4分布式文件服务提供商

1）阿里的OSS

image.png

2）七牛云存储
3）百度云存储

2 什么是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。

image.png

1）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。

2）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）。

3）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

image.png

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。

image.png

• 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

image.png

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：

image.png

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。