原创

三、 FastDFS功能原理

1.1. 文件上传

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。

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：

Round robin，所有的group间轮询

Specified group，指定某一个确定的group

Load balance，剩余存储空间多多group优先

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：

Round robin，在group内的所有storage间轮询

First server ordered by ip，按ip排序

First server ordered by priority，按优先级排序（优先级在storage上配置）

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：

Round robin，多个存储目录间轮询

剩余存储空间最多的优先

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。

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。

文件上传类型有3种：

1)upload：上传普通文件，包括主文件 2)upload_appender：上传appender文件，后续可以对其进行append操作【又用作断点续传】 3)upload_slave：上传从文件。

1.2. 文件下载

客户端upload file成功后，会拿到一个storage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。

Storage上的Nginx Module首先会去看本机有没有被请求的文件，如果没有的话，会从FileId中解开源Storage的IP地址，然后去访问，如果此时源Storage当机了，那么本次下载请求就此失败（Nginx Module从始至终没有拿着被请求文件的Group Name去问Tracker现在哪台活着的Storage能响应请求）由于以上的流程无法保证HA，所以我们还是决定在前端负载均衡设备上手动根据URL中的GroupName将请求转到相应的upstream组（Storage Server组）中，唯一的不好是，增加Group时需要调整负载均衡设备的设置

1.3. 文件删除

删除处理流程与文件下载类是：

Client询问Tracker server可以下载指定文件的Storage server，参数为文件ID（包含组名和文件名）；
Tracker server返回一台可用的Storage server；
Client直接和该Storage server建立连接，完成文件删除。

1.4. 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会记录向group内其他storage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的同步进度会作为元数据的一部分汇报到tracker上，tracke在选择读storage的时候会以同步进度作为参考。比如一个group内有A、B、C三个storage server，A向C同步到进度为T1 (T1以前写的文件都已经同步到B上了），B向C同步到时间戳为T2（T2 > T1)，tracker接收到这些同步进度信息时，就会进行整理，将最小的那个做为C的同步时间戳，本例中T1即为C的同步时间戳为T1（即所有T1以前写的数据都已经同步到C上了）；同理，根据上述规则，tracker会为A、B生成一个同步时间戳。

1.5. 断点续传

提供appender file的支持，通过upload_appender_file接口存储，appender file允许在创建后，对该文件进行append操作。实际上，appender file与普通文件的存储方式是相同的，不同的是，appender file不能被合并存储到trunk file。.续传涉及到的文件大小MD5不会改变。续传流程与文件上传类是，先定位到源storage，完成完整或部分上传，再通过binlog进行同group内server文件同步。

1.6. 文件属性

FastDFS提供了设置/获取文件扩展属性的接口（setmeta/getmeta)，扩展属性以key-value对的方式存储在storage上的同名文件（拥有特殊的前缀或后缀），比如/group/M00/00/01/some_file为原始文件，则该文件的扩展属性存储在/group/M00/00/01/.some_file.meta文件（真实情况不一定是这样，但机制类似），这样根据文件名就能定位到存储扩展属性的文件。以上两个接口作者不建议使用，额外的meta文件会进一步“放大”海量小文件存储问题，同时由于meta非常小，其存储空间利用率也不高，比如100bytes的meta文件也需要占用4K（block_size）的存储空间。

1.7. HTTP访问支持

FastDFS的tracker和storage都内置了http协议的支持，客户端可以通过http协议来下载文件，tracker在接收到请求时，通过http的redirect机制将请求重定向至文件所在的storage上；除了内置的http协议外，FastDFS还提供了通过apache或nginx扩展模块下载文件的支持。