FastDFS架构介绍

一 FastDFS架构简介

         FastDFS是一款为互联网应用量身定做的类Google FS的开源应用级的分布式文件系统，它用纯C语言实现，支持Linux、FreeBSD、AIX等UNIX系统，其架构和设计理念有其独到之处，主要体现在轻量级、分组方式和对等结构三个方面。

FastDFS的特点包括：

1）高可靠性：无单点故障；

2）高吞吐量：只要 Group 足够多，数据流量是足够分散的。

1 轻量级

         FastDFS只有两个角色：Trackerserver和Storage server。Tracker server作为中心结点，其主要作用是负载均衡和调度。Tracker server在内存中记录分组和Storage server的状态等信息，不记录文件索引信息，占用的内存量很少。另外，客户端（应用）和Storage server访问Tracker server时，Tracker server扫描内存中的分组和Storage server信息，然后给出应答。由此可以看出Tracker server非常轻量化，不会成为系统瓶颈。

FastDFS不对文件进行分块存储，客户端上传文件时，文件ID不是由客户端指定，而是由Storage server生成后返回给客户端的。文件ID中包含了组名、文件相对路径和文件名，Storage server可以根据文件ID直接定位到文件。因此FastDFS集群中根本不需要存储文件索引信息，这是FastDFS比较轻量级的一个例证。

FastDFS轻量级的另外一个体现是代码量较小。最新的V5.0包括了C客户端API、FastDHT客户端API和PHP extension等，代码行数不到5.2万行。

 

2 分组方式

FastDFS采用了分组存储方式。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，同组内的多台Storage server之间是互备关系，同组存储服务器上的文件是完全一致的。文件上传、下载、删除等操作可以在组内任意一台Storage server上进行。类似木桶短板效应，一个组的存储容量为该组内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。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）。采用这样的分组存储方式，可以使用FastDFS对文件进行管理，使用主流的Web server如Apache、nginx等进行文件下载。

 

3 对等结构

FastDFS集群中的Trackerserver也可以有多台，Tracker server和Storage server均不存在单点问题。Tracker server之间是对等关系，组内的Storage server之间也是对等关系。FastDFS的架构:

从图可以看出，Tracker server之间相互独立，不存在直接联系。

客户端和Storage server主动连接Trackerserver。Storage server主动向Tracker server报告其状态信息，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。Storage server会连接集群中所有的 Tracker server，向他们报告自己的状态。Storage server启动一个单独的线程来完成对一台Tracker server的连接和定时报告。需要说明的是，一个组包含的Storage server不是通过配置文件设定的，而是通过Tracker server获取到的。

不同组的Storage server之间不会相互通信，同组内的Storageserver之间会相互连接进行文件同步。

Storage server采用binlog文件记录文件上传、删除等更新操作。binlog中只记录文件名，不记录文件内容。

文件同步只在同组内的Storageserver之间进行，采用push方式，即源头服务器同步给目标服务器。只有源头数据才需要同步，备份数据并不需要再次同步，否则就构成环路了。有个例外，就是新增加一台Storage server时，由已有的一台Storage server将已有的所有数据（包括源头数据和备份数据）同步给该新增服务器。

Storage server中由专门的线程根据binlog进行文件同步。为了最大程度地避免相互影响以及出于系统简洁性考虑，Storage server对组内除自己以外的每台服务器都会启动一个线程来进行文件同步。

文件同步采用增量同步方式，系统记录已同步的位置（binlog文件偏移量）到标识文件中。标识文件名格式：{dest storage IP}_{port}.mark，例如：192.168.1.14_23000.mark。

二 文件上传与下载

1 文件上传

文件上传流程如图2所示，文件上传流程的步骤如下:

1）Client询问Trackerserver上传到的Storage server；

2）Trackerserver返回一台可用的Storage server，返回的数据为该Storage server的IP地址和端口；

3）Client直接和该Storageserver建立连接，进行文件上传，Storage server返回新生成的文件ID，文件上传结束。

2 文件下载

文件下载流程如图3所示，文件下载流程的步骤如下：

1）Client询问Trackerserver可以下载指定文件的Storage server，参数为文件ID（包含组名和文件名）；

2）Trackerserver返回一台可用的Storage server；

3）Client直接和该Storageserver建立连接，完成文件下载。

三 文件同步

1 文件同步延迟问题

客户端将一个文件上传到一台Storageserver后，文件上传工作就结束了。由该Storage server根据binlog中的上传记录将这个文件同步到同组的其他Storage server。这样的文件同步方式是异步方式，异步方式带来了文件同步延迟的问题。新上传文件后，在尚未被同步过去的Storage server上访问该文件，会出现找不到文件的现象。FastDFS是如何解决文件同步延迟这个问题的呢？

文件的访问分为两种情况：文件更新和文件下载。

文件更新包括设置文件附加属性和删除文件。文件的附加属性包括文件大小、图片宽度、图片高度等。 FastDFS中，文件更新操作都会优先选择源Storage server，也就是该文件被上传到的那台Storage server。这样的做法不仅避免了文件同步延迟的问题，而且有效地避免了在多台Storage server上更新同一文件可能引起的时序错乱的问题。

那么文件下载是如何解决文件同步延迟这个问题的呢？

要回答这个问题，需要先了解文件名中包含了什么样的信息。Storage server生成的文件名中，包含了源Storage server的IP地址和文件创建时间等字段。文件创建时间为UNIX时间戳，后面称为文件时间戳。从文件名或文件ID中，可以反解出这两个字段。

然后我们再来看一下，Tracker server是如何准确地知道一个文件已被同步到一台Storage server上的。前面已经讲过，文件同步采用主动推送的方式。另外，每台storage server都会定时向tracker server报告它向同组的其他storage server同步到的文件时间戳。当tracker server收到一台storageserver的文件同步报告后，它会依次找出该组内各个storage server（后称作为S）被同步到的文件时间戳最小值，作为S的一个属性记录到内存中。

 

2 解决文件同步延迟方案

       一个最简单的解决办法，和文件更新一样，优先选择源Storageserver下载文件即可。这可以在Tracker server的配置文件中设置，对应的参数名为download_server。

另外一种选择Storageserver的方法是轮流选择（round-robin）。当Client询问Trackerserver有哪些 Storage server可以下载指定文件时，Tracker server返回满足如下四个条件之一的Storage server：

1）该文件上传到的源Storage server，文件直接上传到该服务器上的；

2）文件创建时间戳 < Storage server被同步到的文件时间戳，这意味着当前文件已经被同步过来了；

3）文件创建时间戳=Storage server被同步到的文件时间戳，且（当前时间—文件创建时间戳） > 一个文件同步完成需要的最大时间（如5分钟）；

4）（当前时间—文件创建时间戳） > 文件同步延迟阈值，比如我们把阈值设置为1天，表示文件同步在一天内肯定可以完成。

转载自:http://blog.csdn.net/xingjames/article/details/52770030