文件管理系统FastDFS详解
什么是FastDFS
很多以文件为载体的在线服务，如相册网站、视频网站等，都需要对文件进行管理，包括文件的存储、同步、访问（文件上传、文件下载）等，同时肯定会伴随着大容量存储和负载均衡的问题。
在日常的一些项目中，比如做用户的KYC认证等，也需要存储文件、图片、视频等。此时可以选择使用OSS云服务，也可以自己构建相对专业的文件管理系统。
FastDFS是一个开源的轻量级分布式文件系统，用于解决大数据量存储和负载均衡等问题，并需要通过专有API进行访问。满足大容量文件存储问题，并保证高性能和高扩展性。它能够很好的解决上述提到的业务场景。
FastDFS的特性
FastDFS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。
优点：
- 文件不分块存储，文件和系统中的文件一一对应。
- 对文件内容做hash处理，避免出现重复文件，节约磁盘空间。
- 下载文件支持HTTP协议，可基于内置Web Server或外部Web Server。
- 支持在线扩容，动态添加卷。
- 支持文件冗余备份和负载均衡。
- 存储服务器上可以保存文件属性（meta-data）V2.0 网络通信采用libevent，支持大并发访问，整体性能更好。
缺点：
- 直接按文件存储，可直接查看文件内容，缺乏文件安全性。
- 数据同步无校验，存在静默IO问题，降低系统可用性。
- 单线程数据同步，仅适合存储小文件（4KB到500MB之间）。
- 备份数根据存储分卷（分组）决定，缺乏文件备份数设置灵活性。
- 单个挂载点异常会导致整个存储节点下线。
- 缺乏多机房容灾支持。
- 静态的负载均衡机制。
优点与缺点并存，但针对中小型系统已经完全足够使用了。
FastDFS的角色
初次接触或部署FastDFS的朋友往往会有些疑惑，为什么要部署那么多服务才能使用FastDFS。这是由FastDFS的角色构成决定的。
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)。
如果通过Http访问，通常情况下，还需要部署Nginx服务。
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，同步自己所属group等信息，并保持周期性心跳。它是客户端和数据服务器交互的枢纽。
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。文件及属性（Meta Data）都保存在该服务器上。
Client：客户端，上传下载数据请求的发起方，通过专有接口，使用TCP/IP协议与跟踪器服务器或存储节点进行数据交互。
下面通过一张图来看看FastDFS的不同角色在整个流转过程中的作用。
上图中Tracker相当于一个调度中心，上传和下载都通过它来进行分配指定。
上面我们提到Nginx，客户端通常会使用Ngnix等静态服务器来调用或者做一部分的缓存。后面搭建环境时便是基于Nginx。
Storage cluster部分，由Volume1、Volume2……VolumeK组成，它们称为卷（或者叫做组），卷与卷之间是平行的关系，可以根据资源的使用情况随时增加，卷内服务器文件相互同步备份，以达到容灾的目的。
上传过程
当服务启动之后，Storage Server会定期的向Tracker Server发送存储信息。如果Tracker Server是集群形式，则每个Tracker之间的关系是对等的，客户端上传时选择任意一个Tracker即可。
整体流程：当客户端请求Tracker进行上传操作时，会获取存储服务器相关信息，主要包括IP和端口。根据返回信息上传文件，通过存储服务器写入磁盘，并返回给客户端file_id、路径信息、文件名等信息。
对应流程图如下：
其中，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。
生成的文件名基本格式如下：
下载过程
跟上传一样，在下载时客户端可以选择任意Tracker server。
客户端带文件名信息请求Tracker，Tracker从文件名中解析出文件的group、大小、创建时间等信息，然后选择一个storage用来服务处理请求，返回对应文件。
对应流程图如下：
如果是基于Web的http请求，此处的Client可以是Nginx代理服务。下面这张图更加形象的描述了相关的流程。
小结
关于FastDFS的基本特性和原理已经介绍完毕，重点关注三个角色和两个流程，以及将三个角色融入到两个流程中进行分析。明白了这个大的方向之后，至于执行的细节部分就可以逐步了解和掌握。
下一篇文章我们将来介绍基于Docker如何部署FastDFS。关注微信公众号【程序新视界】获得持续更新内容。
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