FastDFS是为互联网应用量身定做的分布式文件系统,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。和现有的类Google FS分布式文件系统相比,FastDFS的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。
1.2. 轻量级FastDFS只有两个角色:Tracker server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中的Storage server在其他文件系统中通常称作Trunk server或Data server。Storage server直接利用OS的文件系统存储文件。FastDFS不会对文件进行分块存储,客户端上传的文件和Storage server上的文件一一对应。
众所周知,大多数网站都需要存储用户上传的文件,如图片、视频、电子文档等。出于降低带宽和存储成本的考虑,网站通常都会限制用户上传的文件大小,例如图片文件不能超过5MB、视频文件不能超过100MB等。我认为,对于互联网应用,文件分块存储没有多大的必要。它既没有带来多大的好处,又增加了系统的复杂性。FastDFS不对文件进行分块存储,与支持文件分块存储的DFS相比,更加简洁高效,并且完全能满足绝大多数互联网应用的实际需要。
在FastDFS中,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。而其他文件系统则需要存储文件索引信息,这样的角色通常称作NameServer。其中mogileFS采用MySQL数据库来存储文件索引以及系统相关的信息,其局限性显而易见,MySQL将成为整个系统的瓶颈。
FastDFS轻量级的另外一个体现是代码量较小。最新的V2.0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。
1.3. 分组方式类Google FS都支持文件冗余备份,例如Google FS、TFS的备份数是3。一个文件存储到哪几个存储结点,通常采用动态分配的方式。采用这种方式,一个文件存储到的结点是不确定的。举例说明,文件备份数是3,集群中有A、B、C、D四个存储结点。文件1可能存储在A、B、C三个结点,文件2可能存储在B、C、D三个结点,文件3可能存储在A、B、D三个结点。
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。
1.4. 对等结构FastDFS集群中的Tracker server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。传统的Master-Slave结构中的Master是单点,写操作仅针对Master。如果Master失效,需要将Slave提升为Master,实现逻辑会比较复杂。和Master-Slave结构相比,对等结构中所有结点的地位是相同的,每个结点都是Master,不存在单点问题。
1.5. 架构图从上图可以看出,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Tracker server。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Storage server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Storage server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。