分布式文件系统

FastDFS 是一个开源的高性能分布式文件系统（DFS）。 它的主要功能包括：文件存储，文件同步和文件访问，以及高容量和负载平衡。主要解决了海量数据存储问题，特别适合以中小文件（建议范围：4KB < file_size <500MB）为载体的在线服务。

FastDFS 系统有三个角色：跟踪服务器(Tracker Server)、存储服务器(Storage Server)和客户端(Client)。

　　Tracker Server：跟踪服务器，主要做调度工作，起到均衡的作用；负责管理所有的 storage server和 group，每个 storage 在启动后会连接 Tracker，告知自己所属 group 等信息，并保持周期性心跳。

　　Storage Server：存储服务器，主要提供容量和备份服务；以 group 为单位，每个 group 内可以有多台 storage server，数据互为备份。

　　Client：客户端，上传下载数据的服务器，也就是我们自己的项目所部署在的服务器。

 

2、FastDFS的存储策略

为了支持大容量，存储节点（服务器）采用了分卷（或分组）的组织方式。存储系统由一个或多个卷组成，卷与卷之间的文件是相互独立的，所有卷的文件容量累加就是整个存储系统中的文件容量。一个卷可以由一台或多台存储服务器组成，一个卷下的存储服务器中的文件都是相同的，卷中的多台存储服务器起到了冗余备份和负载均衡的作用。

在卷中增加服务器时，同步已有的文件由系统自动完成，同步完成后，系统自动将新增服务器切换到线上提供服务。当存储空间不足或即将耗尽时，可以动态添加卷。只需要增加一台或多台服务器，并将它们配置为一个新的卷，这样就扩大了存储系统的容量。

3、FastDFS的上传过程

FastDFS向使用者提供基本文件访问接口，比如upload、download、append、delete等，以客户端库的方式提供给用户使用。

Storage Server会定期的向Tracker Server发送自己的存储信息。当Tracker Server Cluster中的Tracker Server不止一个时，各个Tracker之间的关系是对等的，所以客户端上传时可以选择任意一个Tracker。

当Tracker收到客户端上传文件的请求时，会为该文件分配一个可以存储文件的group，当选定了group后就要决定给客户端分配group中的哪一个storage server。当分配好storage server后，客户端向storage发送写文件请求，storage将会为文件分配一个数据存储目录。然后为文件分配一个fileid，最后根据以上的信息生成文件名存储文件。

4、FastDFS的文件同步

写文件时，客户端将文件写至group内一个storage server即认为写文件成功，storage server写完文件后，会由后台线程将文件同步至同group内其他的storage server。

每个storage写文件后，同时会写一份binlog，binlog里不包含文件数据，只包含文件名等元信息，这份binlog用于后台同步，storage会记录向group内其他storage同步的进度，以便重启后能接上次的进度继续同步；进度以时间戳的方式进行记录，所以最好能保证集群内所有server的时钟保持同步。

storage的同步进度会作为元数据的一部分汇报到tracker上，tracke在选择读storage的时候会以同步进度作为参考。

5、FastDFS的文件下载

客户端uploadfile成功后，会拿到一个storage生成的文件名，接下来客户端根据这个文件名即可访问到该文件。

跟upload file一样，在downloadfile时客户端可以选择任意tracker server。tracker发送download请求给某个tracker，必须带上文件名信息，tracke从文件名中解析出文件的group、大小、创建时间等信息，然后为该请求选择一个storage用来服务读请求。

6、分布式文件系统 FastDFS 的集群管理与扩容策略

Tracker 集群

为什么要使用集群？

Tracker 作为 FastDFS 中的核心组件之一，负责协调客户端与 Storage 节点之间的通信。为了避免单点故障问题，可以部署多个 Tracker 形成集群。

Tracker 集群的工作原理

• 轮询机制：客户端会定期轮询集群中的 Tracker，以确保即使某个 Tracker 发生故障，也可以快速切换到其他可用的 Tracker 上继续提供服务。
• 配置文件修改：为了实现 Tracker 集群，需要在配置文件中指定所有 Tracker 的地址信息，这样客户端才能知道去轮询哪些 Tracker。

存储节点集群

FastDFS 采用分组的方式来管理存储节点，从而实现高效的存储与检索。

横向扩容

• 定义：横向扩容指的是通过增加新的存储节点来提高系统的总存储容量。
• 实现方式：
  • 添加新的分组（例如 group3），并将新主机加入该分组。
  • 新主机不与已有分组内的主机进行通信，因此可以独立扩展而不影响现有系统的运行。

纵向扩容

• 定义：纵向扩容是指在同一分组内增加更多的存储节点，以此来增加数据冗余度，提高数据的可靠性和可用性。
• 实现方式：
  • 在现有的分组（例如 group1 或 group2）中添加新的主机。
  • 新加入的主机与其他主机之间形成备份关系，以确保数据的一致性和完整性。
  • 每个分组内的主机需要保持通信，以便同步数据。

容量计算

每个分组的实际容量由分组中最小容量的主机决定。这意味着如果一个分组中有不同容量的主机，那么该分组的有效容量将受到最小容量主机的限制。

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