Fastdfs分布式文件系统原理浅析

1、fastdfs文件系统原理简述

tracker server的配置文件中没有出现storage server，而storage server的配置文件中会列举出所有的tracker server。
这就决定了storage server和tracker server之间的连接由storage server主动发起，storage server为每个tracker server启动一个线程进行连接和通讯。
tracker server会在内存中保存storage分组及各个组下的storage server，并将连接过自己的storage server及其分组
保存到文件中，以便下次重启服务时能直接从本地磁盘中获得storage相关信息。storage server会在内存中记录本组的所有服务器，
并将服务器信息记录到文件中。tracker server和storage server之间相互同步storage server列表：

1. 如果一个组内增加了新的storage server或者storage server的状态发生了改变，tracker server都会将storage server列表同步给该组内的所有storage server。以新增storage server为例，因为新加入的storage server主动连接tracker server，tracker server发现有新的storage server加入，就会将该组内所有的storage server返回给新加入的storage server，并重新将该组的storage server列表返回给该组内的其他storage server；
2. 如果新增加一台tracker server，storage server连接该tracker server，发现该tracker server返回的本组storage server列表比本机记录的要少，就会将该tracker server上没有的storage server同步给该tracker server。

同一组内的storage server之间是对等的，文件上传、删除等操作可以在任意一台storage server上进行。文件同步只在同组内的storage server之间进行，采用push方式，即源服务器同步给目标服务器。以文件上传为例，假设一个组内有3台storage server A、B和C，文件F上传到服务器B，由B将文件F同步到其余的两台服务器A和C。我们不妨把文件F上传到服务器B的操作为源头操作，在服务器B上的F文件为源头数据；文件F被同步到服务器A和C的操作为备份操作，在A和C上的F文件为备份数据。
同步规则总结如下：

1. 只在本组内的storage server之间进行同步；
2. 源头数据才需要同步，备份数据不需要再次同步，否则就构成环路了；
3. 上述第二条规则有个例外，就是新增加一台storage server时，由已有的一台storage server将已有的所有数据（包括源头数据和备份数据）同步给该新增服务器；

2、storage server状态

FDFS_STORAGE_STATUS_INIT      :初始化，尚未得到同步已有数据的源服务器
FDFS_STORAGE_STATUS_WAIT_SYNC :等待同步，已得到同步已有数据的源服务器
FDFS_STORAGE_STATUS_SYNCING   :同步中
FDFS_STORAGE_STATUS_DELETED   :已删除，该服务器从本组中摘除（注：本状态的功能尚未实现）
FDFS_STORAGE_STATUS_OFFLINE   :离线
FDFS_STORAGE_STATUS_ONLINE    :在线，尚不能提供服务
FDFS_STORAGE_STATUS_ACTIVE    :在线，可以提供服务

2.1 组内新增加一台storage server A时，由系统自动完成已有数据同步，处理逻辑如下：

第一步：

storage server A连接tracker server，tracker server将storage server A的状态设置为FDFS_STORAGE_STATUS_INIT。storage server A询问追加同步的源服务器和追加同步截至时间点，如果该组内只有storage server A或该组内已成功上传的文件数为0，则没有数据需要同步，storage server A就可以提供在线服务，此时tracker将其状态设置为FDFS_STORAGE_STATUS_ONLINE，否则tracker server将其状态设置为FDFS_STORAGE_STATUS_WAIT_SYNC，进入第二步的处理；

第二步：

假设tracker server分配向storage server A同步已有数据的源storage server为B。同组的storage server和tracker server通讯得知新增了storage server A，将启动同步线程，并向tracker server询问向storage server A追加同步的源服务器和截至时间点。storage server B将把截至时间点之前的所有数据同步给storage server A；而其余的storage server从截至时间点之后进行正常同步，只把源头数据同步给storage server A。到了截至时间点之后，storage server B对storage server A的同步将由追加同步切换为正常同步，只同步源头数据；

第三步：

storage server B向storage server A同步完所有数据，暂时没有数据要同步时，storage server B请求tracker server将storage server A的状态设置为FDFS_STORAGE_STATUS_ONLINE；

第四步：

当storage server A向tracker server发起heart beat时，tracker server将其状态更改为FDFS_STORAGE_STATUS_ACTIVE。

3、同步时间管理

从上面了解了fastdfs文件系统中组内的多个storage server之间同步的机制，那文件同步是什么时候进行呢？是文件上传成功后，其它的storage server才开始同步，其它的storage server怎么去感知，tracker server是怎么通知storage server呢？
当一个文件上传成功后，客户端马上发起对该文件下载请求（或删除请求）时，tracker是如何选定一个适用的存储服务器呢？

其实每个存储服务器都需要定时将自身的信息上报给tracker，这些信息就包括了本地同步时间（即，同步到的最新文件的时间戳）。
而tracker根据各个存储服务器的上报情况，就能够知道刚刚上传的文件，在该存储组中是否已完成了同步。在storage server中这些信息是
以Binlog文件的形式存在的。

4、Binlog文件

当Storaged server启动时会创建一个 base_path/data/sync 同步目录，该目录中的文件都是和同组内的其它 Storaged server之间的同步状态文件，如192.168.1.2_23001.mark、 192.168.1.3_23001.mark、 binlog.000、binlog_index.dat；
Binlog文件内容：在该文件中是以binlog日志组成，比如：

1653482441 c M00/00/00/wKgCU2KOI8mAQ45iAAI2W1kwaRk715.jpg
1653482449 C M00/00/00/wKgCU2KOI9GAUF7DAAIFk_wQ4xI485.jpg
1653482449 d M00/00/00/wKgCU2KOI9GAJ6qIAABe0Hy7THE119.jpg
1653495360 D M00/00/00/wKgCU2KOVkCAA7jEAARNo91NgIc894.jpg

其中的每一条记录都是使用空格符分成三个字段，分别为：
第一个字段 表示文件upload时间戳 如：1653482441
第二个字段 表示文件执行操作，值为下面几种:

C表示源创建、c表示副本创建
A表示源追加、a表示副本追加
D表示源删除、d表示副本删除
T表示源Truncate、t表示副本Truncate

其中源表示客户端直接操作的那个Storage即为源，其他的Storage都为副本.
第三个字段 表示文件标识， 如：M00/00/00/wKgCU2KOVkCAA7jEAARNo91NgIc894.jpg

5、Storage Server具体同步过程

Storaged server之间的同步都是由一个独立线程负责的，这个线程中的所有操作都是以同步方式
执行的。比如一组服务器有A、B、C三台机器，那么在每台机器上都有两个线程负责同步，如A机器，线程1负责同步数据到B，线程2负责同步数据到C。每个同步线程负责到一台Storage的同步，以阻塞方式进行。
以IP为192.168.1.1的Storaged severe的服务器为例，它的同步目录下有192.168.1.2_23001.mark、192.168.1.3_23002.mark、binlog.100等文件。
现在192.168.1.1向192.168.1.2同步数据：

1. 打开对应92.168.1.2的mark文件(192.168.1.2_23001.mark)，从中读取binlog_index、binlog_offset两个字段值，如取到值为：0、1000，那么就打开binlog.000文件，seek到1000这个位置。
2. 进入一个while循环，尝试着读取一行，若读取不到则睡眠等待。若读取到一行，并且该行的操作方式为源操作，如C、A、D、T（大写的都是），则将该行指定的操作同步给对方（非源操作不需要同步），同步成功后更新binlog_offset标志，该值会定期写入到192.168.1.2_23001.mark文件之中。

6、上传和下载流程

7、参考

Chinaunix FastDFS讨论区