FastDFS_分布式文件系统&python与fastdfs交互

一、FastDFS简介

FastDFS是一款用C语言实现的开源的轻量级分布式文件系统，功能主要包括：文件存储、文件同步、文件访问（文件上传、文件下载）等，支持Linux、FreeBSD、MacOS等类UNIX系统。

FastDFS解决了大数据量存储和负载均衡等问题。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，如相册网站、视频网站等等。

FastDFS属于应用级文件系统，不是通用的文件系统，只能通过专有API访问，目前提供了C、Java和PHP API为互联网应用量身定做，解决大容量文件存储问题，追求高性能和高扩展性FastDFS可以看做是基于文件的key value pair存储系统，称作分布式文件存储服务更为合适。

FastDFS特性

  • 分组存储，简单灵活
  • 对等结构，不存在单点
  • 文件ID由FastDFS生成，作为文件访问凭证。FastDFS不需要传统的name server或meta server
  • 大、中、小文件均可以很好支持，可以存储海量小文件
  • 一台storage支持多块磁盘，支持单盘数据恢复
  • 提供了nginx扩展模块，可以和nginx无缝衔接
  • 支持多线程方式上传和下载文件，支持断点续传
  • 存储服务器上可以保存文件附加属性。

二、FastDFS架构说明

FastDFS系统由跟踪服务器（Tracker server）、存储服务器（Storage server）和客户端（Client）构成。

 

2.1 跟踪服务器（Tracker server）

Tracker server 主要做调度工作，起负载均衡的作用。在内存中记录集群中所有存储组和存储服务器的状态信息，但不记录文件索引信息，占用的内存量很少，是客户端和数据服务器交互的枢纽。

Tracker是FastDFS的协调者，负责管理所有的Storage server和group，每个Storage在启动后会连接Tracker，同步自己所属的group等信息，并保持周期性的心跳，tracker根据storage的心跳信息，建立group==>[storage server list]的映射表。

Tracker需要管理的元信息很少，会全部存储在内存中；另外tracker上的元信息都是由storage汇报的信息生成的，本身不需要持久化任何数据，这样使得tracker非常容易扩展，直接增加tracker机器即可扩展为Tracker cluster来服务，cluster里每个tracker之间是完全对等的，所有的tracker都接受stroage的心跳信息，生成元数据信息来提供读写服务。

2.2 存储服务器（Storage server）

Storage server 主要提供容量和备份服务，文件和文件属性（Meta Data）都保存到存储服务器上，Storage server直接利用OS的文件系统调用管理文件。 Storage server（后简称storage）以组（卷，group或volume）为单位组织，一个group内包含多台storage机器，数据互为备份，存储空间以group内容量最小的storage为准，所以建议group内的多个storage尽量配置相同，以免造成存储空间的浪费。 以group为单位组织存储能方便的进行应用隔离、负载均衡、副本数定制（group内Storage server数量即为该group的副本数），比如将不同应用数据存到不同的group就能隔离应用数据，同时还可根据应用的访问特性来将应用分配到不同的group来做负载均衡；缺点是group的容量受单机存储容量的限制，同时当group内有机器坏掉时，数据恢复只能依赖group内的其他机器，使得恢复时间会很长。 group内每个storage的存储依赖于本地文件系统，storage可配置多个数据存储目录，比如有10块磁盘，分别挂载在/data/disk1-/data/disk10，则可将这10个目录都配置为storage的数据存储目录。 storage接受到写文件请求时，会根据配置好的规则（后面会介绍），选择其中一个存储目录来存储文件。为了避免单个目录下的文件数太多，在storage第一次启动时，会在每个数据存储目录里创建2级子目录，每级256个，总共65536个文件，新写的文件会以hash的方式被路由到其中某个子目录下，然后将文件数据直接作为一个本地文件存储到该目录中。

2.3 客户端（Client）

client 作为业务请求的发起方，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。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。

2.4 上传流程

首先Clinet客户端请求Tracker服务获取到存储服务器的ip地址和端口，然后客户端根据返回的IP地址和端口号请求上传文件，存储服务器接收到请求后生产文件，并且将文件内容写入磁盘并返回给客户端file_id、路径信息、文件名等信息，客户端保存相关信息上传完毕。

内部机制如下：

1、选择tracker server

当集群中不止一个tracker server时，由于tracker之间是完全对等的关系，客户端在upload文件时可以任意选择一个trakcer。 选择存储的group 当tracker接收到upload file的请求时，会为该文件分配一个可以存储该文件的group，支持如下选择group的规则：

  1. Round robin，所有的group间轮询
  2. Specified group，指定某一个确定的group
  3. Load balance，剩余存储空间多多group优先

2、选择storage server

当选定group后，tracker会在group内选择一个storage server给客户端，支持如下选择storage的规则：

  1. Round robin，在group内的所有storage间轮询
  2. First server ordered by ip，按ip排序
  3. First server ordered by priority，按优先级排序（优先级在storage上配置）

3、选择storage path

当分配好storage server后，客户端将向storage发送写文件请求，storage将会为文件分配一个数据存储目录，支持如下规则：

  1. Round robin，多个存储目录间轮询
  2. 剩余存储空间最多的优先

4、生成Fileid

选定存储目录之后，storage会为文件生一个Fileid，由storage server ip、文件创建时间、文件大小、文件crc32和一个随机数拼接而成，然后将这个二进制串进行base64编码，转换为可打印的字符串。 选择两级目录 当选定存储目录之后，storage会为文件分配一个fileid，每个存储目录下有两级256*256的子目录，storage会按文件fileid进行两次hash（猜测），路由到其中一个子目录，然后将文件以fileid为文件名存储到该子目录下。

5、生成文件名

当文件存储到某个子目录后，即认为该文件存储成功，接下来会为该文件生成一个文件名，文件名由group、存储目录、两级子目录、fileid、文件后缀名（由客户端指定，主要用于区分文件类型）拼接而成。

2.5 下载机制

客户端带上文件名信息请求Tracker服务获取到存储服务器的ip地址和端口，然后客户端根据返回的IP地址和端口号请求下载文件，存储服务器接收到请求后返回文件给客户端。

跟upload file一样，在download file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。由于group内的文件同步时在后台异步进行的，所以有可能出现在读到时候，文件还没有同步到某些storage server上，为了尽量避免访问到这样的storage，tracker按照如下规则选择group内可读的storage。

  1. 该文件上传到的源头storage - 源头storage只要存活着，肯定包含这个文件，源头的地址被编码在文件名中。
  2. 文件创建时间戳==storage被同步到的时间戳 且(当前时间-文件创建时间戳) > 文件同步最大时间（如5分钟) - 文件创建后，认为经过最大同步时间后，肯定已经同步到其他storage了。
  3. 文件创建时间戳 < storage被同步到的时间戳。 - 同步时间戳之前的文件确定已经同步了
  4. (当前时间-文件创建时间戳) > 同步延迟阀值（如一天）。 - 经过同步延迟阈值时间，认为文件肯定已经同步了。

2.6 FastDFS的FID

FastDFS的FID是客户端上传文件后存储服务器返回给客户端，用于以后访问该文件的索引信息。文件索引信息包括：组名，虚拟磁盘路径，数据两级目录，文件名。
  • 组名：文件上传后所在的存储组名称，在文件上传成功后有存储服务器返回，需要客户端自行保存。
  • 虚拟磁盘路径：存储服务器配置的虚拟路径，与磁盘选项store_path*对应。
  • 数据两级目录：存储服务器在每个虚拟磁盘路径下创建的两级目录，用于存储数据文件。
  • 文件名：与文件上传时不同。是由存储服务器根据特定信息生成，文件名包含：源存储服务器IP地址、文件创建时间戳、文件大小、随机数和文件拓展名等信息。

三、部署FastDFS

3.1 环境准备

2台linux7服务器：192.168.3.66/67 安装包：libfastcommon-master.zip、fastdfs-master.zip、nginx-1.8.1.tar.gz、fastdfs-nginx-module-master.zip。安装包下载地址 服务器规划：tracker服务器：192.168.3.67 storage服务器：192.168.3.66

3.2 安装Fastdfs（所有服务器）

安装FastDFS和Nginx之前，需确保gcc、gcc-c++、 libstdc++-devel、make等依赖库和工具已经安装

安装libfastcommon类库

安装FastDFS必须先安装libfastcommon类库，否则会导致报错，安装步骤如下：

unzip libfastcommon-master.zip
cd libfastcommon-master
./make.sh
./make.sh install

安装FastDFS

unzip fastdfs-master.zip
cd fastdfs-master
./make.sh
./make.sh install

FastDFS安装好之后，在/usr/bin目录下，可以看fdfs开头的命令工具

所有配置文件全在/etc/fdfs目录下，tracker需要tracker.conf配置文件，storage需要storage.conf配置文件。

3.3 配置tracker（192.168.3.67）

创建存储数据和日志的目录 
mkdir -p /usr/local/fastdfs/tracker

将/etc/fdfs/tracker.conf.sample文件重命名为tracker.conf

cd /etc/fdfs
cp tracker.conf.sample tracker.conf

然后修改配置文件/etc/fdfs/tracker.conf

vi tracker.conf
base_path=/usr/local/fastdfs/tracker

配置文件中有这几个参数需要注意：

#启用配置文件
disabled=false
#设置tracker的端口号
port=22122
#设置tracker的数据文件和日志目录（需手动创建）
base_path=/usr/local/fastdfs/tracker
#设置http端口号，默认8080
http.server_port=8080

启动tracker服务

service fdfs_trackerd start

查看端口22122是否开始监听，确认启动是否成功

也可以查看tracker的日志是否启动成功

cat /usr/local/fastdfs/tracker/logs/trackerd.log

至此，一个简单的的tracker配置就完成了，Tracker也成功启动~

如果tracker和storage部署在不同的服务器上，防火墙还需要开放22122端口

否则后面启动storage时，会报错： connect to tracker server 192.168.3.67:22122 fail, errno: 113, error info: No route to host

3.4 配置storage（192.168.3.66）

创建存储数据和日志的目录 
mkdir -p /usr/local/fastdfs/storage

将/etc/fdfs/tracker.conf.sample文件重命名为tracker.conf

cd /etc/fdfs
cp storage.conf.sample storage.conf

然后修改配置文件/etc/fdfs/storage.conf的base_path，store_path以及tracker的连接地址以及storage的http服务端口配置等。

主要有如下几个参数：

vi /etc/fdfs/storage.conf

group_name=group1  # 组名（第一组为group1，第二组为group2，依次类推...），主要时在组集群时区分storage组
base_path=/usr/local/fastdfs/storage　　　# 数据和日志文件存储根目录
store_path0=/usr/local/fastdfs/storage　　# 第一个存储目录，第二个存储目录起名为：store_path1=xxx，其它存储目录名依次类推... 
store_path_count=1 # 存储路径个数，需要和store_path个数匹配 
tracker_server=192.168.66.67:22122 # tracker服务器IP和端口 
tracker_server=192.168.66.xx:22122 # 如果是tracker集群就写多个tracker配置

启动storage服务

service fdfs_storaged start

查看端口或日志验证是否启动成功

在任意storage节点使用fdfs_monitor /etc/fdfs/storage.conf，查看storage服务器是否已经登记到tracker服务器。

如果出现ip_addr = Active, 则表明storage服务器已经登记到tracker服务器，如下：

防火墙开放23000端口

否则上传文件时会提示

至此，tracker、storage等配置都完成并成功启动

3.5 在storage上安装nginx

 注意：fastdfs-nginx-module模块只需要安装到storage上

 在/usr/local/目录下解压 nginx-1.8.1.tar.gz 和 fastdfs-nginx-module-master.zip

cd /usr/local
tar -zxvf nginx-1.8.1.tar.gz
unzip fastdfs-nginx-module-master.zip

安装nginx

cd nginx-1.8.1
./configure --prefix=/usr/local/nginx --add-module=/usr/local/fastdfs-nginx-module-master/src/    # 注意：--add-module的路径
make
make install

注意：如果make时报错 [objs/Makefile:469: objs/src/core/ngx_murmurhash.o] Error ，打开./nginx-1.8.1/objs/Makefile文件，删除-Werror，重新执行make后的步骤即可。

安装成功，查看版本信息

/usr/local/nginx/sbin/nginx -V

配置fastdfs-nginx-module

进入fastdfs-nginx-module-master的src目录，将md_fastdfs.conf配置文件拷贝到/etc/fdfs/目录中

cd /usr/local/fastdfs-nginx-module-master/src/
cp mod_fastdfs.conf /etc/fdfs/

修改mod_fastdfs.conf配置一般只需改动以下几个参数即可：

base_path=/usr/local/fastdfs/storage   #保存日志目录
tracker_server=192.168.3.67:22122　　# tracker服务ip和端口
tracker_server=192.168.3.xx:22122　　# 如果有多个tracker就配置多个
storage_server_port=23000 #storage服务器的端口号
group_name=group1 #当前服务器的group名
url_have_group_name=true #文件url中是否有group名 
store_path_count=1 #存储路径个数，需要和store_path个数匹配 
store_path0=/usr/local/fastdfs/storage #存储路径 
group_count=1 #组数

在末尾增加组的具体信息

[group1]
group_name=group1
storage_server_port=23000
store_path_count=1
store_path0=/usr/local/fastdfs/storage
store_path1=/home/yuqing/fastdfs1

建立M00至存储目录的符号连接

ln -s /usr/local/fastdfs/storage/data /usr/local/fastdfs/storage/data/M00

配置nginx

编辑/usr/local/nginx/conf配置文件目录下的nginx.conf，设置添加storage信息并保存。

vi /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

将server段中的listen端口号改为8080，并在server段中添加：

location ~/group[0-9]/M00{
    root /usr/local/fastdfs/storage/data;
    ngx_fastdfs_module; 
}

防火墙开放8080端口

复制 fastdfs-master解压文件目录中的onf下http.conf、mime.types文件到/etc/fdfs

至此，nginx以及FastDFS插件模块设置完成。

启动nginx

启动nginx，查看8080是否开始监听确认启动是否成功。

/usr/local/nginx/sbin/nginx

打开浏览器，直接访问http://192.168.3.66:8080，查看是否弹出nginx欢迎页面。

3.6 在tracker上安装nginx

在tracker上安装的nginx主要为了提供http访问的反向代理、负载均衡以及缓存服务。

在/usr/local/目录下解压 nginx-1.8.1.tar.gz

cd /usr/local
tar -zxvf nginx-1.8.1.tar.gz

安装nginx

cd nginx-1.8.1
./configure --prefix=/usr/local/nginx
make
make install

配置

编辑/usr/local/nginx/conf配置文件目录下的nginx.conf，设置负载均衡

vi /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

修改下面配置

worker_processes  4;                  #根据CPU核心数而定
events {
　　worker_connections  65535;        #最大链接数
　　use epoll;                        #新版本的Linux可使用epoll加快处理性能
}
http {
    #设置group1的服务器
　　upstream fdfs_group1 {
   　　# ip和port填写storage上部署的nginx信息
   　　server 192.168.3.66:8080 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=30s;
   }
　　server {
　　　　#设置服务器端口
       listen       8080;
       #设置group1的负载均衡参数
       location ~/group[0-9]/M00 {
            proxy_pass http://fdfs_group1;
       }
　　}
}

防火墙开放8080端口

至此，nginx设置完成。

启动nginx

启动nginx，查看8080是否开始监听确认启动是否成功。

/usr/local/nginx/sbin/nginx

打开浏览器，直接访问http://192.168.3.67:8080，查看是否弹出nginx欢迎页面。

3.7 上传图片并在浏览器查看图片

在tracker服务器上将/etc/fdfs/client.conf.sample文件重命名为client.conf

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

然后修改配置文件/etc/fdfs/client.conf

vi client.conf

base_path=/usr/local/fastdfs/tracker
tracker_server=192.168.3.67:22122　　# tracker服务器ip和port
http.tracker_server_port=8080　　# 默认80，需修改为tracker.conf配置文件中http.server_port的值

上传文件测试

fdfs_upload_file /etc/fdfs/client.conf 文件名称

如果返回类似group1/M00/00/00/wKgDQmKOQJqAafJFAADOnyAS7QE843.jpg的文件id则说明文件上传成功

因为tracker的nginx配置了反向代理，使用storage的ip或tracker的ip都可以在浏览器访问图片。

http://192.168.3.66:8080/group1/M00/00/00/wKgDQmKOQJqAafJFAADOnyAS7QE843.jpg

四、使用python上传图片

安装FastDFS的python模块

pip install fdfs-client-py3

创建fdfs_tracker.conf配置文件，添加tracker配置项

connect_timeout=30
network_timeout=60
tracker_server = 192.168.3.67:22122 # tracker节点的ip和port
http.tracker_server_port = 8080     # tracker服务器上部署的nginx的端口

代码如下

from fdfs_client.client import Fdfs_client

tracker_conf_path = "./fdfs_tracker.conf"   # tracker配置文件的地址
client = Fdfs_client(client=tracker_conf_path)
# 上传图片
ret = client.upload_by_filename("./20191023111957.png")
print(ret)

# 删除图片
file_id = ret["Remote file_id"]     # 删除图片需要上传时返回的id
ret = client.delete_file(remote_file_id=file_id.encode("utf-8"))
print(ret)

执行结果如下

工具python模块

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