Linux - 搭建FastDFS分布式文件系统

1. FastDFS简介

　　说明：FastDFS简介部分的理论知识全部来自于博主bojiangzhou的 《用FastDFS一步步搭建文件管理系统》，在此感谢博主的无私分享。当然最最要感谢的是余庆老师，分享了这么好用的分布式文件系统。

1.1 FastDFS简介

　　FastDFS是一个开源的高效分布式文件系统（DFS）。他主要功能包括：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（4KB ~ 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），客户端（Client）.

• • Tracker Server：跟踪服务器，主要做调度工作，起到负载均衡的作用；负载管理所有的Group和Group中的Storage Server，每个Storage Server在启动后会连接Tracker Server，高中自己所属的Group等信息，并保持周期心跳。
  • Storage Server：存储服务器，主要提供存储和备份服务；以Group为单位，每个Group内可以有一到多台Storage Server，Group内的多台Storage Server数据互为备份，Group的存储容量取决于该Group内最小Storage Server的容量。
  • Client：客户端，上传下载数据的服务器，也就是我们项目所部署的服务器。

1.2 FastDFS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。

1.3 FastDFS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 Server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 Server。

　　当Tracker Server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 Server发送写文件请求，Storage Server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。

　　

1.4 FastDFS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 Server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 Server会记录向Group内其他Storage Server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 Server的同步进度会作为元数据的一部分汇报到Tracker Server上，Tracke Server在选择读Storage Server的时候会以同步进度作为参考。

1.5 FastDFS的文件下载

　　客户端uploadfile成功后，会拿到一个Storage Server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。客户端发送download请求给某个Tracker Server，必须带上文件名信息，Tracke Server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 Server用来服务读请求。

　　

2. FastDFS安装环境及拓扑图

　　如图所示，使用FastDFS搭建一套分布式存储的文件系统，由于新版的FastDFS未提供Http功能，我们使用Nginx及fastdfs-nginx-module模块实现通过Http访问存储的内容。Tracker Server上的Nginx通过Keepalived实现高可用。上传功能使用Python客户端实现。

2.1 FastDFS分布式存储拓扑图

2.2 FastDFS安装环境

2.2.1 按照拓扑图所示准备服务器

• 两台Tracker Server提高系统可用性，避免单点故障，同时对于客户端API，起到负载均衡的作用。
• 每两台Storage Server组成一个Group。总共3个组。
• API客户端使用Python客户端。
• Storage Server上安装Nginx，提供Http功能。
• Tracker Server上安装Nginx和fastdfs-nginx-module模块，与Tracker Server配合，为客户端提供Http功能，为后端Storage Server上的Nginx提供反向代理和负载均衡的作用。

2.2.2 安装环境说明

　　Tracker Server、Storage Server服务由安装包fastdfs提供，而fastdfs安装包依赖于libfastcommon提供的库，Python客户端依赖于fastdfs和libfastcommon提供的库，所以所有服务器均需安装libfastcommon和fastdfs。

　　Storage Server服务器上的Nginx只需提供Web服务功能，用于访问该服务器上存储的文件即可，不需安装fastdfs-nginx-module模块，当然安装也没问题。

　　Tracker Server服务器上的Nginx需要安装fastdfs-nginx-module模块，Tracker Server可以根据路径获取文件所在的Storage Server的IP，Nginx需与Tracker Server交互获取该IP。

2.2.3 同步服务器时间，所有服务器启用ntp或chrony服务同步时间

　　ntp或chrony服务的安装配置参考我的另外一篇博客：Linux - CentOS7上的时间同步

2.2.4 下载安装包

下载地址：

　　FastDFS项目地址：https://github.com/happyfish100
　　fastdfs下载地址：https://github.com/happyfish100/fastdfs/archive/V5.11.tar.gz
　　libfastcommon下载地址：https://github.com/happyfish100/libfastcommon/archive/V1.0.39.tar.gz
　　fastdfs-nginx-module下载地址：https://github.com/happyfish100/fastdfs-nginx-module/archive/V1.20.tar.gz
　　Nginx下载地址：http://nginx.org/download/nginx-1.12.2.tar.gz
　　Python客户端下载地址：https://github.com/zhubiaook/fastdfs-python-client/archive/fdfs-python-client-v0.1.tar.gz

下载安装包

# 创建一个目录，存储下载的安装包
$ sudo mkdir /usr/local/src/fdfs
$ cd /usr/local/src/fdfs

# 下载fastdfs:
sudo wget https://github.com/happyfish100/fastdfs/archive/V5.11.tar.gz

# 下载libfastcommon
sudo wget https://github.com/happyfish100/libfastcommon/archive/V1.0.39.tar.gz

# 下载fastdfs-nginx-module
sudo wget https://github.com/happyfish100/fastdfs-nginx-module/archive/V1.20.tar.gz

# 下载Nginx
sudo wget http://nginx.org/download/nginx-1.12.2.tar.gz

# 下载Python客户端
sudo wget https://github.com/zhubiaook/fastdfs-python-client/archive/fdfs-python-client-v0.1.tar.gz

3. FastDFS分布式存储搭建

3.1 所有服务器安装libfastcommon、fastdfs

安装libfastcommon

# 安装依赖库
sudo yum -y install gcc-c++

# 解压
sudo tar -xf V1.0.39.tar.gz
cd libfastcommon-1.0./

# 编译
sudo ./make.sh

# 安装
sudo ./make.sh install

安装 fastdfs

# 解压
sudo tar -xf V5..tar.gz
cd fastdfs-5.11

# 编译
sudo ./make.sh

# 安装
sudo ./make.sh install

3.2 配置跟踪器(Tracker Server)

两台Tracker Server的配置一样。

创建Tracker Server数据、日志文件存储路径

sudo mkdir /data/fdfs/tracker -p

修改配置文件

# 进入配置文件目录
$ cd /etc/fdfs

# 复制配置文件
$ sudo cp tracker.conf.sample tracker.conf

# 修改配置文件中的以下两行
$ sudo vim tracker.conf
base_path=/data/fdfs/tracker
http.server_port=

启动Tracker Server服务

# 方法1：
$ sudo service fdfs_trackerd start

# 方法2：
$ sudo /etc/init.d/fdfs_trackerd start

查看监听的端口是否启动

$ sudo netstat -tunlp | grep
tcp               0.0.0.0:           0.0.0.0:*               LISTEN      /fdfs_trackerd 

3.3 配置存储节点(Storage Server)

所有Storage Server的配置一样

创建Storage Server数据、日志文件存储路径

# data目录存储日志文件，file目录存储上传的文件目录
$ sudo mkdir /data/fdfs/{storage,file} -p

修改配置文件

# 进入配置文件目录
$ cd /etc/fdfs

# 复制配置文件
$ sudo cp storage.conf.sample storage.conf

# 修改配置文件以下几行内容
$ sudo vim storage.conf
group_name=group1 #此处填写所在的组，比如group1, group2, group3 ...
base_path=/data/fdfs/storage
store_path0=/data/fdfs/file
tracker_server=192.168.0.201
tracker_server=192.168.0.202
http.server_port=

启动Storage Server服务

$ sudo service fdfs_storaged start

查看监听的端口

$ sudo netstat -tunlp | grep
tcp               0.0.0.0:           0.0.0.0:*               LISTEN      /fdfs_storaged 

测试Storage Server 与 Tracker Server 是否正常通信

[-- ::] DEBUG - base_path=/data/fdfs/storage, connect_timeout=, network_timeout=, tracker_server_count=, anti_steal_token=, anti_steal_secret_key length=, use_connection_pool=, g_connection_pool_max_idle_time=3600s, use_storage_id=, storage server id count: 

server_count=, server_index=

tracker server is 192.168.0.201:

group count: 

Group :
group name = group1
disk total space =  MB
disk free space =  MB
trunk free space =  MB
storage server count =
active server count =
storage server port =
storage HTTP port =
store path count =
subdir count per path =
current write server index =
current trunk file id = 

    Storage :
        id = 192.168.0.203
        ip_addr = 192.168.0.203 (192.168.0.203)  ACTIVE
        ...
    Storage :
        id = 192.168.0.204
        ip_addr = 192.168.0.204 (192.168.0.204)  ACTIVE
            ...

Group :
group name = group2
disk total space =  MB
disk free space =  MB
trunk free space =  MB
storage server count =
active server count =
storage server port =
storage HTTP port =
store path count =
subdir count per path =
current write server index =
current trunk file id = 

    Storage :
        id = 192.168.0.205
        ip_addr = 192.168.0.205 (192.168.0.205)  OFFLINE
        ...
    Storage :
        id = 192.168.0.206
        ip_addr = 192.168.0.206 (192.168.0.206)  OFFLINE
        ...

3.4 上传、下载文件测试

　　到目前为止，可以使用FastDFS提供的客户端工具进行文件的上传、下载、删除等操作，在任意一台Tracker Server或Storage Server上都安装了这些工具，下面我们在其中一台Tracker Server上进行文件上传、下载的测试。

a. 配置客户端

$ cd /etc/fdfs/
$ sudo cp client.conf.sample client.conf

# 修改以下配置
$ sudo vim client.conf
connect_timeout=
base_path=/data/fdfs/client <=客户端日志存储路径
tracker_server=192.168.0.201:
tracker_server=192.168.0.202:
http.tracker_server_port=

b. 上传文件

# 新建一个文件，然后将此文件上传到FastDFS中
$ echo 'Hello World' > ~/test.html

# 上传文件
$ fdfs_upload_file /etc/fdfs/client.conf ~/test.html
group1/M00///wKgAy1vAVbKAB66QAAAADAsMGmk02.html

文件上传后，返回一个文件存储的路径 group1/M00///wKgAy1vAVbKAB66QAAAADAsMGmk02.html ，路径由以下及部分组成

　　组名：group1

　　磁盘：M00

　　Storage Server上存储路径：00/00/wKgAy1vAVbKAB66QAAAADAsMGmk02.html

c. 下载文件

$ fdfs_download_file /etc/fdfs/client.conf group1/M00///wKgAy1vAVbKAB66QAAAADAsMGmk02.html

3.5 安装配置存储节点(Storage Server)上的Nginx

a. 安装Nginx

安装Nginx，存储节点上的Nginx可以使用Yum安装，也可以自己编译安装

方法1：使用YUM安装

$ sudo yum -y install nginx

方法2：编译安装

# 安装依赖包
$ sudo yum -y install openssl-devel pcre-devel

# 创建系统用户nginx
$ useradd nginx -r

# 解压Nginx
$ sudo tar -xvf nginx-1.12..tar.gz
$ cd nginx-1.12.

# 执行./configure，生成Makefile文件
sudo ./configure \
--prefix=/usr/share/nginx \
--sbin-path=/usr/sbin/nginx \
--modules-path=/usr/lib64/nginx/modules \
--conf-path=/etc/nginx/nginx.conf \
--error-log-path=/var/log/nginx/error.log \
--http-log-path=/var/log/nginx/access.log \--http-proxy-temp-path=/var/lib/nginx/tmp/proxy \
--http-fastcgi-temp-path=/var/lib/nginx/tmp/fastcgi \
--pid-path=/run/nginx.pid \
--lock-path=/run/lock/subsys/nginx \
--user=nginx \
--group=nginx \
--with-file-aio \
--with-http_gunzip_module \
--with-http_gzip_static_module \
--with-http_stub_status_module \
--with-pcre \
--with-stream=dynamic \
--with-stream_ssl_module \
--with-debug \
--with-http_ssl_module

# 编译
$ sudo make

# 安装
$ sudo make install

b. 配置Nginx

$ vim /etc/nginx/conf.d/fdfs.conf
server {
    listen ;
    server_name localhost;

    location ~ ^/group[-]/M00/(.*) {
        alias /data/fdfs/file/data/$;
    }
}

c. 本机上访问文件（注意，访问的路径属于哪个组，就在哪个组下的Storage Server上测试）

$ curl http://127.0.0.1/group1/M00/00/00/wKgAy1vAVbKAB66QAAAADAsMGmk02.html
Hello World

3.6 安装配置跟踪器(Tracker Server)上的Nginx

　　跟踪器上的Nginx，需要增加 fastdfs-nginx-module模块，只能通过编译安装完成

a. 安装Nginx所需的依赖包

$ sudo yum -y install pcre-devel openssl-devel zlib-devel

b. 解压fastdfs-nginx-module模块，并修改配置文件，否则Nginx编译的时候会报错。

$ 解压
$ sudo tar -xvf V1..tar.gz

# 修改配置文件
$ sudo vim fastdfs-nginx-module-1.20/src/config
ngx_module_incs="/usr/include/fastdfs /usr/include/fastcommon"
CORE_INCS="$CORE_INCS /usr/include/fastdfs /usr/include/fastcommon"

c. 创建nginx用户

$ sudo useradd nginx -r

d. 安装Nginx

# 解压nginx
$ sudo tar -xvf nginx-1.12..tar.gz

# 进入nginx源码目录进行编译安装
$ cd nginx-1.12.

# 执行configure
$ sudo ./configure \
--prefix=/usr/share/nginx \
--sbin-path=/usr/sbin/nginx \
--modules-path=/usr/lib64/nginx/modules \
--conf-path=/etc/nginx/nginx.conf \
--error-log-path=/var/log/nginx/error.log \
--http-log-path=/var/log/nginx/access.log \--pid-path=/run/nginx.pid \
--lock-path=/run/lock/subsys/nginx \
--user=nginx \
--group=nginx \
--with-file-aio \
--with-http_gunzip_module \
--with-http_gzip_static_module \
--with-http_stub_status_module \
--with-pcre \
--with-stream=dynamic \
--with-stream_ssl_module \
--with-debug \
--with-http_ssl_module \
--add-module=../fastdfs-nginx-module-1.20/src

# 编译
$ sudo make

# 安装
$ sudo make install

e. 复制fastdfs-nginx-module-1.20中的配置文件到/etc/fdfs目录下，并进行修改

$ sudo cp fastdfs-nginx-module-1.20/src/mod_fastdfs.conf /etc/fdfs/
$ sudo vim /etc/fdfs/mod_fastdfs.conf
# 连接超时时间
connect_timeout=
# Tracker Server
tracker_server=192.168.0.201:
tracker_server=192.168.0.202:
# StorageServer 默认端口
storage_server_port=
# 如果文件ID的uri中包含/group**，则要设置为true
url_have_group_name = true

f. 复制fastdfs-5.11目录中的部分配置文件到/etc/fdfs目录下

$ cd fastdfs-5.11/conf/
$ sudo cp anti-steal.jpg http.conf mime.types /etc/fdfs/

g. 修改nginx配置文件

$ sudo vim /etc/nginx/conf.d/fdfs.conf
server {
        listen ;
        server_name file.zjqrkj.cn;

        location / {
                index index.html index.htm;
                root /data/fdfs/file/data;
        }

        location ~/group([-])/M00 {
                ngx_fastdfs_module;
        }

        error_page     /.html;
        client_max_body_size 20M;
        keepalive_timeout ;
}

h. 访问测试

$ curl http://192.168.0.201/group1/M00/00/00/wKgAy1vAVbKAB66QAAAADAsMGmk02.html
Hello World

$ curl http://192.168.0.202/group1/M00/00/00/wKgAy1vAVbKAB66QAAAADAsMGmk02.html
Hello World

3.7 安装配置Keepalived，实现跟踪器上的Nginx高可用

　　VRRP ( Virtual Router Redundancy Protocol ) 是一种容错协议，它保证当主机的下一跳路由器出现故障，由另外一台路由器来代替出现故障的路由器进行工作，从而保证网络通信的可靠性。Keepalived 是Linux系统上VRRP协议的实现，Keepalived与Nginx反向代理服务器等配合使用，实现高可用。

　　我的另外一篇博客介绍了安装、配置过程，此处不再连篇累牍，参考：Keepalived+LVS/Nginx 实验

3.8 安装Python客户端

a. 安装python-devel

sudo yum -y install python-devel

b. 解压sudo tar -xvf fdfs-python-client-v0.1.tar.gz，并复制该目录下的fastdfspyclient到 fastdfs-5.11源码目录下的client文件夹中

# 解压
$ sudo tar -xvf fdfs-python-client-v0..tar.gz

# 复制文件
$ sudo cp -ar fastdfs-python-client-fdfs-python-client-v0./fastdfspyclient fastdfs-5.11/client/

c. 进入fastdfspyclient目录下，执行make生成fdfspyclient.so文件

$ cd fastdfs-5.11/client/fastdfspyclient/

# 执行make
$ sudo make

d. 此时可以将源码目录下的client目录复制到本机的其他目录，作为Python客户端。此处我们暂且复制到家目录下。

cp -ar /usr/local/src/fdfs/fastdfs-5.11/client ~/

e. 修改该目录下的客户端配置文件

$ sudo vim client/fastdfspyclient/client.conf
# 日志存储路径
base_path=/data/fdfs/client
# tracker server
tracker_server=192.168.0.201:
tracker_server=192.168.0.202:

f. 创建客户端日志存储路径

$ sudo mkdir /data/fdfs/client

g. 测试，可以参照fastdfspyclient目录下的fdfstest.py进行模拟测试

# 创建测试文件
$ echo "Something so beautiful" > ~/test.html

$ cd client/fastdfspyclient/
$ python
Python 2.7. (default, Jul  , ::)
>>> import fdfspyclient as fp
>>> fp.fdfs_init('client.conf')
[-- ::] DEBUG - base_path=/data/fdfs/client, connect_timeout=, network_timeout=, tracker_server_count=, anti_steal_token=, anti_steal_secret_key length=, use_connection_pool=, g_connection_pool_max_idle_time=3600s, use_storage_id=, storage server id count: 

>>> result, groupname, remotefilename, fileurl = fp.fdfs_upload("/home/zhubiao/test.html", None)
>>> result

>>> fileurl
'http://192.168.0.204/group1/M00/00/00/wKgAzFvAdciAKY4iAAAAF_Cudkk79.html'

4. 参考文档

[博客] 用FastDFS一步步搭建文件管理系统

[GitHub] 官网FastDFS托管仓库

[GitHub] FastDFS Python 客户端