分布式存储FastDFS详解

今天主要介绍FastDFS分布式文件存储。

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场景切入

在大型网站中由于用户数和存储内容较多,存在大容量文件存储的场景，例如图片、视频、日志、文件等。如何保证这些资源的高可用性和快速访问，从而提升用户体验和网站性能？

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分布式存储的由来

我们知道，根据业务体量的增大，一般分布式的设计是从单体应用演进开始的。最初，在单体项目中，

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早期用户量可能比较少，整个系统的一个架构：服务代码跟我们的文件资源信息都存储在了一个服务器上面。

随着用户量越来越多，那么存储文件越来越多，本身服务器可能就只有比如：100G的磁盘空间，文件服务器里面存储的东西越来越多。那么，它会影响到整个服务器的资源的一个分配。

有人想，把我们这个文件服务器单独的给拆出来，作为一个单独服务器

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上边实现了资源文件和代码的解耦。但是资源文件的存储量美誉得到根本性的解决。

于是，我们就需要拓宽服务器，我拓宽到10台，20台。。。其实就是要说的这个分布式文件存储系统。

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常见的分布式存储框架

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本章重点介绍FastDFS。

FastDFS 分布式存储

简介

官方介绍：

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FastDFS是一个开源的分布式文件系统，特别适合于大容量文件存储的场景，例如图片、视频、日志、文件等。是一个开源的高性能分布式文件系统，专为解决大容量存储和负载均衡问题而设计。

中文官网[1]英文官网[2]学习地址[3]下载地址[4]源码包[5]性能测试[6]Gitee主页[7]

它具备以下核心功能：

1. 文件存储：能够存储大量数据文件。
2. 文件同步：确保文件在系统内的多个副本之间保持一致。
3. 文件访问：支持用户上传和下载文件。

FastDFS 功能特性

• 分组存储，简单灵活；
• 对等结构，不存在单点；
• 文件ID由FastDFS生成，作为文件访问凭证。
• 大、中、小文件均可以很好支持，可以存储海量小文件；
• 一台storage支持多块磁盘，支持单盘数据恢复；
• 提供了nginx扩展模块，可以和nginx无缝衔接；
• 支持多线程方式上传和下载文件，支持断点续传；
• 存储服务器上可以保存文件附加属性。

FastDFS 架构及工作原理

架构设计：

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工作原理：

• Client 客户端：实际项目的访问客户端。
• Tracker Server: 跟踪服务器,主要做调度工作,在访问上起负载均衡的作用。在内存中记录集群中group和storage server的状态信息，是连接client和Storage server的枢纽。
• Storage Server: 存储服务器,文件和文件属性(meta data)都保存到存储服务器上。其功能包括：

1. 文件存储：保存上传的文件数据。
2. 文件同步：在多个存储节点之间同步文件，以保证数据一致性。
3. 提供文件访问接口：允许用户通过API进行文件操作。
4. 管理元数据：存储文件的相关属性，以键值对的形式，例如图像的宽度可以表示为 width=1024。

问题思考

如何上传文件？

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上传文件过程描述：

1. 客户端需要上传或下载文件，向FastDFS系统发起请求。
2. 连接到FastDFS的跟踪器服务器。跟踪器负责调度和负载均衡。
3. 跟踪器接收到客户端的请求后，会根据当前的负载情况和存储策略，选择一个合适的存储服务器。
4. 跟踪器将所选存储服务器的IP地址和端口号发送给客户端。
5. 客户端根据跟踪器提供的IP地址和端口号，直接与选定的存储服务器建立连接。
6. 客户端将文件内容和元数据发送给存储服务器。元数据可能包括文件卷名（volume）和文件名等信息。
7. 存储服务器接收到文件后，将其保存在本地磁盘上，并根据FastDFS的配置创建多个副本，可能在同一个存储组内的其他服务器上。
8. 文件存储完成后，存储服务器会向客户端发送响应，确认文件上传成功或提供下载链接。
9. 客户端收到存储服务器的响应后，完成文件上传或下载操作。

如何下载文件？

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文件下载过程描述：

1. 客户端想要获取存储在FastDFS系统中的文件，向系统发起下载请求。
2. 发送请求到FastDFS的跟踪器服务器。跟踪器负责管理文件的元数据，并知道文件存储的位置。
3. 跟踪器接收到客户端的请求后，根据文件的卷名（volume name）和文件名（filename）查找文件存储信息。
4. 跟踪器确定文件所在的存储服务器，并将该服务器的IP地址和端口号返回给客户端。
5. 客户端使用跟踪器返回的IP地址和端口号，直接与存储服务器建立连接。
6. 客户端向存储服务器发送文件下载请求，包括卷名和文件名。
7. 存储服务器接收到请求后，根据提供的卷名和文件名检索文件。
8. 一旦找到文件，存储服务器将文件内容发送回客户端。
9. 客户端接收到文件内容，下载流程完成。

如何保证高可用？

FastDFS设计为一个多副本分布式文件系统。多副本机制是FastDFS保证数据可靠性和容错能力的关键。

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几个关键点：

• 至少有一个副本，或者多个。
• 文件和文件副本位于同一个组（Group）或者叫卷（Volume）
• 不同卷之间有效的资源隔离
• 文件和文件副本位于不同的机器上，如图：副本i，副本ii...位于不同的主机上，对应不同的ip和port
• 同步机制：同步和异步两种方式
• 自动副本同步: 当向存储组添加新的存储服务器时，现有文件的副本会自动同步到新服务器上。

通过以上设计提高容错能力和单点故障问题，保证高可用。

如何解决性能瓶颈？

我们在架构图中发现，Tracker 也是分布式部署,便于扩缩容。面对访问激增的问题，可通过增加节点的方式应对。

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几个关键点：

1. 通过增加Tracker服务器的数量，可以分担请求调度和负载均衡的任务，从而提高系统的整体性能。
2. 通过增加更多的存储服务器或存储卷来扩展存储容量，减少单个服务器的负载。
3. 根据业务需求选择合适的同步策略，权衡同步复制的性能开销和异步复制的延迟。

总结

文章主要介绍分布式存储FastDFS 结构设计和原理和使用过程中的一些问题思考。

使用过程中FastDFS几个关键特性的优缺点对比：