分布式存储之MogileFS分布式文件系统简单应用

一、分布式存储原理：

　　分布式存储系统，是将数据分散存储在多台独立的设备上。传统的网络存储系统采用集中的存储服务器存放所有数据，存储服务器成为系统性能的瓶颈，也是可靠性和安全性的焦点，不能满足大规模存储应用的需要。分布式网络存储系统采用可扩展的系统结构，利用多台存储服务器分担存储负荷，利用位置服务器定位存储信息，它不但提高了系统的可靠性、可用性和存取效率，还易于扩展。

1.分布式文件系统的特点：

　　• 节点间能相互通信

　　• 同一数据存储在多个节点上

　　• 数据空间平衡

　　• 具有容错能力

　　• 文件系统的支持

2.分布式文件系统设计目标： 

　　• 访问透明
　　• 位置透明   
　　• 并发透明
　　• 失效透明
　　• 硬件透明
　　• 可扩展性
　　• 复制透明
　　• 迁移透明

3.分布式系统的难点：

　　• 缺乏全局时钟

　　• 面对故障的独立性

　　• 处理单点故障

　　　　冗余

　　　　降低单点故障的影响

　　• 事务类的挑战

　　　　ACID

　　　　2pc（两段式提交）、最终一致、BASE、CAP、Paxos　　

事务要具有ACID. 但是这在分布式系统中很难实现：

• A: Atomicity 原子性

• C: Consistency 一致性

• I: Isolation 隔离性

• D: Durability 持久性

      很多数据库都能实现单机事务, 但是一旦构建为分布式系统, 单机的ACID就不能实现了, 有两种选择, 1、放弃事务 2、引入分布式事务;

两段式提交：

      事务管理器提交不止一个数据，第一阶段准备，第二阶段提交，如果出现错误，第二阶段回滚

CAP理论： 

　　C：Consistency（一致性）  所有主机的数据都是同步的。

　　A：Availability（可用性） 能够保证系统的可用性(有主机宕机不影响用户)。

　　P： Partition Tolerance ( 分区容错性 )   即使网络出现故障从而分区, 不影响系统运行。

有科学家都在致力于 CAP  三元素并存的时候，Eric.Brewer教授指出 CAP  永远无法兼顾，只能根据具体应用来权衡和取舍，并且至多两个元素可以共存，后来由两位麻省理工学院的科学家证明此观点是具有前瞻性的，由此形成Brewer的 CAP定理 。 

　　  正所 谓鱼和熊掌不可兼得  ，关注一致性就需要处理因系统不可用而带来写操作失败的情况，反之关注可用性就无法保证每次都能读取到最新的写入操作。传统 关系型数据库  侧重于 CA  ，而 非关系型键值数据库  则侧重于 AP  。 

　　  强一致性(ACID) ：   在单机环境中，强一致性可以由数据库的事务来保证；在分布式环境中，强一致性很难做到，即便是做到也会因为分布式事物所带来的性能低下，不适合在互联网的环境中应用。   

       弱一致性(包括最终一致性) ：  系统不能保证后续访问返回最新的值，在访问到最新值之前这段时间称之为 不一致窗口   。  

       最终一致性 ：是弱一致性的一种特例，存储系统保证如果对象有多次更新，在渡过 不一致窗口   之后必将放回最后更新的值。  

       服务器的一致性 ：  N  代表节点的个数；  W  代表更新的时候需要确认已经被更新的节点个数； R  代表读取数据需要的节点数量。

　　　　W + R > N  —->  强一致性(通常N=3，W=R=2)

　　　　W=N，R=1   —->  最佳读

　　　　W=1，R=N   —->  最佳写

　　　　W + R <= N —->  弱一致性

BASE: 可替代ACID;

• BA: Basically Availibale 基本可用性

• S: Soft state 接受一段时间的状态不能同步

• E: Eventually Consistent 最终一致性

　　相比于ACID而言, BASE并没有那么苛刻, BASE允许部分的失败但是不会引起系统的故障 
DNS就是最著名的Eventually Consistent的实现

分布式存储或分布式文件系统
　　集中式：
  　　　共享存储：
   　　　　NAS
   　　　　SAN
 　  分布式存储：
　　　　专用的元数据节点：集中元数据存储，数据节点至负责存储数据
　　　　无专用元数据几点：所有数据均完整存储元数据，存储了部分数据

分布式：
　　　　文件系统：有文件系统接口：一般挂载使用
　　　　存储：无文件系统接口，通过API访问

 

常见的分布式文件系统：
  　　GFS:Google File System GFS擅长处理单个大文件 。
 　　 HDFS:Hadoop Distributed File System  根据GFS思想开发的，擅长处理单个大文件 ，使用场景，数据不太多的大文件。
 　　 

   将元数据存储于关系型数据库或其他高性能存储中，从而能维护海量文件元数据。
　　　　GlusterFS:去中心化设计：擅长处理单个大文件 
　　　　ceph:整合到linux内核实现的文件系统，已经被收录在内核，是一个 Linux PB级别的分布式文件系统。

　　　　MogilesFS:MogileFS是一个开源的分布式文件系统，用于组建分布式文件集群

　　　　TFS:Taobao File System 淘宝开源的文件系统，擅长处理海量小文件，适用于大规模场景。

　　　　fastdfs：国产的分布式文件系统，基于mogliefs的实现理论而使用c/c++语言开发的。

 

MogileFS实现原理：

　　  MogileFS是一个开源的分布式文件存储系统，由LiveJournal旗下的DangaInteractive公司开发。Danga团队开发了包括Memcached、MogileFS、Perlbal等多个知名的开源项目。目前使用MogileFS的公司非常多，如日本排名先前的几个互联公司及国内的yupoo(又拍)、digg、豆瓣、1号店、大众点评、搜狗和安居客等，分别为所在的组织或公司管理着海量的图片。

MogileFS的特性：　　

　　1.应用层提供服务，不需要使用核心组件
　　2.无单点（tracker（跟踪点）mogstore（存储节点）database（MySQL））
　　3.自动文件复制：复制的最小单位不是文件，而是class
　　4.传输中立：无特殊协议，可以通过NFS或HTTP实现通信
　　5.简单的命名空间：没有目录，直接存在存储空间上，通过域来实现，每个文件对应一个key
　　6.不共享任何数据：

Tracker：
MogileFS的核心，是一个调度器，服务进程为mogilefsd，职责：删除数据、复制数据、监控、查询等。可以使用简单的负载均衡，可以使用Haproxy，lvs，nginx等，监听端口7001

Dtabase:

用于为tracker存储元数据信息。

mogstore:

数据存储的位置，通常是一个HTTP（webDAV）服务器，用来做数据的创建（put）、删除（delete）、获取（get），监听端口7500, storage节点使用http进行数据传输, 依赖于perbal, 进程为mogstored。

MogileFS工作流程图：

   　　　　　　　　　　

存储主机(节点)
　　这个是 MogileFS 存储文件存放在这些机器上,也是 mogstored 节点,也叫 Storage Server,一台存储主要都要启动一个 mogstored 服务.扩容就是增加这些机器.

设备(device)
　　一个存储节点,以就是上面的主机,可以有多个 device, 就是用来存放文件的目录(比较挂载的目录),每个设备都有一个设备 id,需要在 mogstored 的配置文件中的 docroot 配置的项目 指定的目录下面创建相应的设备的目录,目录名为 $docroot/dev$id,设备是不能删除的.只能将其设备的状态的值置为dead,当一个设备 dead 之后,就真的 dead了,里面的数据也无法恢复了,且这个dead了的设备的 id 也不能再用.

域(domain)
　　在一个 MogileFS 中,可以有多个域,用来存放不同的文件,比如,不同大小的文件,不同类型的文件.在上图中所有 alive 的"设备"是一个大的整体,形成一个统一的存储空间,里面的数据可以根据 "域" domain 和类 class 来分类管理,属于同一个 domain,即使是属于不同的class,文件的key也必须是唯一的.不同域的 key 才能重复

类(class)
　　复制文件的最小单位 （最大为64M,如果一个单文件超出此大小将拆分为多个class存储）。在一个域中,可以有多个类,主要是用来控制复制单元的,类是用来做属性管理的,类是比域 domain 低一个级别,可以定义一个文件存储在不同 device 中的份数.一个文件必须通过 domain,class 和 key 才能找出来.我们可以给不同的重要程度的文件,不同热度的文件,来分别用类来控制份数.

mindevcount：最小复制文件的份数

 

MogileFS安装及基础配置：

　　实验环境：

　　　　host1.daixiang.com     192.168.80.129                     tracker，database

　　　　mogstore1.daixiang.com　  192.168.80.132              mogstored

　　　　mogstore2.daixiang.com     192.168.80.133              mogstored

　　　　mogstore3.daixiang.com     192.168.80.134              mogstored

rpm包下载地址：http://pan.baidu.com/s/1c1S0dJM

在tracker+database节点上进行如下操作：

[root@host1 ~]# yum install MogileFS-Server-2.46-2.el6.noarch.rpm MogileFS-Server-mogilefsd-2.46-2.el6.noarch.rpm MogileFS-Server-mogstored-2.46-2.el6.noarch.rpm  MogileFS-Utils-2.19-1.el6.noarch.rpm perl-MogileFS-Client-1.14-1.el6.noarch.rpm perl-Net-Netmask-1.9015-8.el6.noarch.rpm perl-Perlbal-1.78-1.el6.noarch.rpm -y
[root@host1 ~]# yum install -y perl-IO-AIO      
[root@host1 ~]# yum install -y mysql-server mysql

[root@host1 ~]# scp *.rpm 192.168.80.132:/root/
[root@host1 ~]# scp *.rpm 192.168.80.133:/root/

配置数据库，给用户授权：

[root@host1 ~]# service mysqld start

mysql> grant all on *.* to 'root'@'192.168.80.%' identified by 'passwd';
mysql> grant all on mogilefs.* to 'mogilefs'@'192.168.80.%' identified by 'passwd';
mysql> flush privileges;

　　注意：在centos6.7上，yum安装的mysql-server需要在my.cnf配置文件中需要添加“skip-name-resolve”，不实用dns解析反解，即只能使用ip地址授权。否则生成mogilefs库时会出现错误。

生成mogilefs库：

[root@host1 ~]# mogdbsetup --dbhost=192.168.80.129 --dbport=3306 --dbname=mogilefs --dbrootuser=root --dbrootpass=passwd --dbuser=mogilefs --dbpass=passwd --yes


mysql> use mogilefs
Reading table information for completion of table and column names
You can turn off this feature to get a quicker startup with -A

Database changed
mysql> show tables;
+----------------------+
| Tables_in_mogilefs   |
+----------------------+
| checksum             |
| class                |
| device               |
| domain               |
| file                 |
| file_on              |
| file_on_corrupt      |
| file_to_delete       |
| file_to_delete2      |
| file_to_delete_later |
| file_to_queue        |
| file_to_replicate    |
| fsck_log             |
| host                 |
| server_settings      |
| tempfile             |
| unreachable_fids     |
+----------------------+
17 rows in set (0.00 sec)

　　

修改mogilefsd的配置文件：

[root@host1 ~]# vim /etc/mogilefs/mogilefsd.conf 

daemonize = 1         
# Where to store the pid of the daemon (must be the same in the init script)
pidfile = /var/run/mogilefsd/mogilefsd.pid
# Database connection information
db_dsn = DBI:mysql:mogilefs:host=192.168.80.129
db_user = mogilefs
db_pass = passwd
# IP:PORT to listen on for mogilefs client requests
listen = 0.0.0.0:7001
# Optional, if you don't define the port above.
conf_port = 7001

[root@host1 ~]# service mogilefsd start

在tracker上添加被管理的mogstore节点：

[root@host1 ~]# mogadm --trackers=192.168.80.129:7001 host add mogstore1 --ip=192.168.80.132 --status=alive
[root@host1 ~]# mogadm --trackers=192.168.80.129:7001 host add mogstore2 --ip=192.168.80.133 --status=alive
[root@host1 ~]# mogadm --trackers=192.168.80.129:7001 host add mogstore3 --ip=192.168.80.134 --status=alive

配置mogstore节点：

　　在每个mogstore节点上安装所需rpm包：

[root@mogstore1 ~]# yum install MogileFS-Server-2.46-2.el6.noarch.rpm MogileFS-Server-mogilefsd-2.46-2.el6.noarch.rpm MogileFS-Server-mogstored-2.46-2.el6.noarch.rpm  MogileFS-Utils-2.19-1.el6.noarch.rpm perl-MogileFS-Client-1.14-1.el6.noarch.rpm perl-Net-Netmask-1.9015-8.el6.noarch.rpm perl-Perlbal-1.78-1.el6.noarch.rpm -y
[root@mogstore1 ~]# yum install perl-IO-AIO -y

[root@mogstore2 ~]# yum install MogileFS-Server-2.46-2.el6.noarch.rpm MogileFS-Server-mogilefsd-2.46-2.el6.noarch.rpm MogileFS-Server-mogstored-2.46-2.el6.noarch.rpm  MogileFS-Utils-2.19-1.el6.noarch.rpm perl-MogileFS-Client-1.14-1.el6.noarch.rpm perl-Net-Netmask-1.9015-8.el6.noarch.rpm perl-Perlbal-1.78-1.el6.noarch.rpm -y
[root@mogstore2 ~]# yum install perl-IO-AIO -y

[root@mogstore3 ~]# yum install MogileFS-Server-2.46-2.el6.noarch.rpm MogileFS-Server-mogilefsd-2.46-2.el6.noarch.rpm MogileFS-Server-mogstored-2.46-2.el6.noarch.rpm  MogileFS-Utils-2.19-1.el6.noarch.rpm perl-MogileFS-Client-1.14-1.el6.noarch.rpm perl-Net-Netmask-1.9015-8.el6.noarch.rpm perl-Perlbal-1.78-1.el6.noarch.rpm -y
[root@mogstore3 ~]# yum install perl-IO-AIO -y

　　对每个mogstore节点进行如下配置：　　

[root@mogstore1 ~]# vim /etc/mogilefs/mogstored.conf

maxconns = 10000
httplisten = 0.0.0.0:7500
mgmtlisten = 0.0.0.0:7501
docroot = /dfs/mogdata


[root@mogstore1 ~]# mkdir -pv /dfs/mogdata/dev1
[root@mogstore1 ~]# chown -R mogilefs.mogilefs /dfs/mogdata/
[root@mogstore1 ~]# service mogstored start

[root@mogstore2 ~]# vim /etc/mogilefs/mogstored.conf

maxconns = 10000
httplisten = 0.0.0.0:7500
mgmtlisten = 0.0.0.0:7501
docroot = /dfs/mogdata


[root@mogstore2 ~]# mkdir -pv /dfs/mogdata/dev2
[root@mogstore2 ~]# chown -R mogilefs.mogilefs /dfs/mogdata/
[root@mogstore2 ~]# service mogstored start

[root@mogstore3 ~]# vim /etc/mogilefs/mogstored.conf

maxconns = 10000
httplisten = 0.0.0.0:7500
mgmtlisten = 0.0.0.0:7501
docroot = /dfs/mogdata


[root@mogstore3 ~]# mkdir -pv /dfs/mogdata/dev3
[root@mogstore3 ~]# chown -R mogilefs.mogilefs /dfs/mogdata/
[root@mogstore3 ~]# service mogstored start

在tracker节点上添加设备：

[root@host1 ~]# mogadm --trackers=192.168.80.129:7001 device add mogstore1 001
[root@host1 ~]# mogadm --trackers=192.168.80.129:7001 device add mogstore2 002
[root@host1 ~]# mogadm --trackers=192.168.80.129:7001 device add mogstore3 003

对添加的设备进行验证：

[root@host1 ~]# mogadm check
Checking trackers...
  127.0.0.1:7001 ... OK

Checking hosts...
  [ 1] mogstore1 ... OK
  [ 2] mogstore2 ... OK
  [ 3] mogstore3 ... OK

Checking devices...
  host device         size(G)    used(G)    free(G)   use%   ob state   I/O%
  ---- ------------ ---------- ---------- ---------- ------ ---------- -----
  [ 1] dev1            16.509      3.898     12.611  23.61%  writeable   0.0
  [ 2] dev2            16.509      3.897     12.612  23.61%  writeable   0.0
  [ 3] dev3            16.509      3.897     12.612  23.61%  writeable   0.0
  ---- ------------ ---------- ---------- ---------- ------
             total:    49.527     11.692     37.835  23.61%

在tracker节点上创建两个域：

[root@host1 ~]# mogadm domain add images
[root@host1 ~]# mogadm domain add files

[root@host1 ~]# mogadm domain list
 domain               class                mindevcount   replpolicy   hashtype
-------------------- -------------------- ------------- ------------ -------
 files                default                   2        MultipleHosts() NONE   

 images               default                   2        MultipleHosts() NON

在域中创建类：

[root@host1 ~]# mogadm class add files class1 --mindevcount=3
[root@host1 ~]# mogadm class add files class2 --mindevcount=2
[root@host1 ~]# mogadm class add images class3 --mindevcount=2

[root@host1 ~]# mogadm class list
 domain               class                mindevcount   replpolicy   hashtype
-------------------- -------------------- ------------- ------------ -------
 files                class1                    3        MultipleHosts() NONE   
 files                class2                    2        MultipleHosts() NONE   
 files                default                   2        MultipleHosts() NONE   

 images               class3                    3        MultipleHosts() NONE   
 images               default                   2        MultipleHosts() NONE   

上传文件：

[root@host1 ~]# mogupload --trackers=192.168.80.129:7001 --domain=files --key='/fstab.html' --file='/etc/fstab'
[root@host1 ~]# mogupload --trackers=192.168.80.129:7001 --domain=images --key='/1.jpg' --file='/root/mogilefs2.jpg'

查看域中的 某个域中的key对应的文件：

[root@host1 ~]# moglistkeys --trackers=192.168.80.129:7001 --domain=images
[root@host1 ~]# mogfileinfo --trackers=192.168.80.129:7001 --domain=images --key='/1.jpg'
- file: /1.jpg
     class:              default
  devcount:                    2
    domain:               images
       fid:                    8
       key:               /1.jpg
    length:                39704
 - http://192.168.80.133:7500/dev2/0/000/000/0000000008.fid
 - http://192.168.80.132:7500/dev1/0/000/000/0000000008.fid

访问效果图：

扩展管理工具命令：

[root@host1 ~]# mogdelete --trackers=192.168.80.129:7001 --domain=files --key='/1.jpg'            #删除files域中key值为'/1.jpg'对应的文件
[root@host1 ~]# mogadm --trackers=192.168.80.129:7001 host mark mogstore1 down                      #让mogstore2主机离线
[root@host1 ~]# mogadm --trackers=192.168.80.129:7001 host mark mogstore1 alive                        #让mogstore2主机上线

　　

作者是菜鸟一只，请大家多多指点，如有错误请指出，我会在第一时间更正，谢谢！！