分布式文件系统Mogilefs介绍

一、分布式文件系统简介：

什么是分布式存储：

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。

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

CAP理论：

C：Consistency（一致性） 任何一个读操作总是能够读取之前完成的写操作。

A：Availability（可用性） 每一次操作总是能够在确定的时间返回。

P： Partition Tolerance ( 分区容错性)在出现网络分区的情况下，仍然能够满足一致性和可用性。

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

分布式存储或分布式文件系统

• 集中式：
  • 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

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。
• 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。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

二、MogilesFS介绍：

1.MogilesFS简介:

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，由LiveJournal旗下DangaInteractive公司开发，Danga团队开发了包括 Memcached、MogileFS、Perlbal等不错的开源项目：(注：Perlbal是一个强大的Perl写的反向代理服务器)。MogileFS是一个开源的分布式文件系统。

目前使用 MogileFS的公司非常多,比如国外的一些公司,日本前几名的公司基本都在使用这个.国内所知道的使用 MogileFS 的公司有图片托管网站 yupoo又拍,digg, 土豆, 豆瓣,1 号店,大众点评,搜狗,安居客等等网站.基本很多网站容量，图片都超过 30T 以上。

2.MogileFS特性:

• 1) 应用层提供服务，不需要使用核心组件
• 2）无单点失败，主要有三个组件组成，分为tracker（跟踪节点）、mogstore（存储节点）、database（数据库节点）
• 3）自动复制文件，复制文件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，直接存在与存储空间上，通过域来实现
• 6）不用共享任何数据

3.MogileFS的组成

1）Tracker–跟踪器，调度器

MogileFS的核心，是一个调度器，mogilefsd进程就是trackers进程程序,trackers的主要职责有：删除数据、复制数据、监控、查询等等.这个是基于事件的( event-based ) 父进程/消息总线来管理所有来之于客户端应用的交互(requesting operations to be performed),包括将请求负载平衡到多个”query workers”中,然后让mogilefs的子进程去处理.

mogadm,mogtool的所有操作都要跟trackers打交道,Client的一些操作也需要定义好trackers,因此最好同时运行多个trackers来做负载均衡.trackers也可以只运行在一台机器上，使用负载均衡时可以使用搞一些简单的负载均衡解决方案，如haproxy，lvs，nginx等，tarcker的配置文件为/etc/mogilefs/mogilefsd.conf，监听在TCP的7001端口

2）Database–数据库部分

主要用来存储mogilefs的元数据，所有的元数据都存储在数据库中，因此，这个数据相当重要，如果数据库挂掉，所有的数据都不能用于访问，因此，建议应该对数据库做高可用

3）mogstored–存储节点

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、删除、获取，任何 WebDAV 服务器都可以, 不过推荐使用 mogstored . mogilefsd可以配置到两个机器上使用不同端口… mogstored 来进行所有的 DAV 操作和流量,IO监测,并且你自己选择的HTTP服务器(默认为 perlbal)用来做 GET 操作给客户端提供文件.

典型的应用是一个挂载点有一个大容量的SATA磁盘. 只要配置完配置文件后mogstored程序的启动将会使本机成为一个存储节点.当然还需要mogadm这个工具增加这台机器到Cluster中.

配置文件为/etc/mogilefs/mogstored.conf，监听在TCP的7500端口

4.基本工作流程：

应用程序请求打开一个文件 (通过RPC 通知到 tracker, 找到一个可用的机器). 做一个 “create_open” 请求.

tracker 做一些负载均衡(load balancing)处理，决定应该去哪儿，然后给应用程序一些可能用的位置。

应用程序写到其中的一个位置去 (如果写失败，他会重新尝试并写到另外一个位置去）.

应用程序 (client) 通过”create_close” 告诉tracker文件写到哪里去了.

tracker 将该名称和域命的名空间关联 (通过数据库来做的)

tracker, 在后台,开始复制文件，知道他满足该文件类别设定的复制规则

然后,应用程序通过 “get_paths” 请求 domain+key (key == “filename”) 文件, tracker基于每一位置的I/O繁忙情况回复(在内部经过 database/memcache/etc 等的一些抉择处理), 该文件可用的完整 URLs地址列表.

应用程序然后按顺序尝试这些URL地址. (tracker’持续监测主机和设备的状态，因此不会返回死连接,默认情况下他对返回列表中的第一个元素做双重检查，除非你不要他这么做..)

5.MogileFS的组成：

1) server：主要包括mogilefsd和mogstored两个应用程序。mogilefsd实现的是tracker，它通过数据库来保存元数据信息，包括站点domain、class、 host等；mogstored是存储节点(store node)，它其实是个WebDAV服务，默认监听在7500端口，接受客户端的文件存储请求。在MogileFS安装完后，要运行mogadm工具将所有的store node注册到mogilefsd的数据库里，mogilefsd会对这些节点进行管理和监控。

2) utils（工具集）：主要是MogileFS的一些管理工具，例如mogadm等。

3) 客户端API：MogileFS的客户端API很多，例如Perl、PHP、Java、Python等，用这个模块可以编写客户端程序，实现文件的备份管理功能等。