mFS文件系统-白红宇

mFS文件系统

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发布时间：2019-06-21

本文共 11547 字，大约阅读时间需要 38 分钟。

1.MFS特性

Free(GPL)

通用文件系统，不需要修改上层应用就可以使用

可以在线扩容，体系架构可伸缩性极强。

部署简单。

高可用，可设置任意的文件冗余程度

可回收在指定时间内删除的文件

提供netapp，emc，ibm等商业存储的snapshot特性

google filesystem的一个c实现。

提供web gui监控接口。

提高随机读或写的效率

提高海量小文件的读写效率

2.工作原理和设计架构

角色

角色作用

管理服务器

managing server (master)

负责各个数据存储服务器的管理,文件读写调

度,文件空间回收以及恢复.多节点拷贝

元数据日志服务器

Metalogger server（Metalogger）

负责备份master 服务器的变化日志文件，文

件类型为changelog_ml.*.mfs ，以便于在

master server 出问题的时候接替其进行工作

数据存储服务器

data servers (chunkservers)

负责连接管理服务器,听从管理服务器调度,

提供存储空间，并为客户提供数据传输.

客户机挂载使用

client computers

通过fuse 内核接口挂接远程管理服务器上所

管理的数据存储服务器,.看起来共享的文件

系统和本地unix 文件系统使用一样的效果.

官方的网络示意图：

读示意图:

MFS的读数据过程:

client当需要一个数据时，首先向master server发起查询请求；

管理服务器检索自己的数据，获取到数据所在的可用数据服务器位置ip|port|chunkid；

管理服务器将数据服务器的地址发送给客户端；

客户端向具体的数据服务器发起数据获取请求；

数据服务器将数据发送给客户端；

写示意图：

MFS的写数据过程：

当客户端有数据写需求时，首先向管理服务器提供文件元数据信息请求存储地址（元数据信息如：文件名|大小|份数等）；

管理服务器根据写文件的元数据信息，到数据服务器创建新的数据块；

数据服务器返回创建成功的消息；

管理服务器将数据服务器的地址返回给客户端(chunkIP|port|chunkid)；

客户端向数据服务器写数据；

数据服务器返回给客户端写成功的消息；

客户端将此次写完成结束信号和一些信息发送到管理服务器来更新文件的长度和最后修改时间

MFS的删除文件过程：

客户端有删除操作时，首先向Master发送删除信息；

Master定位到相应元数据信息进行删除，并将chunk server上块的删除操作加入队列异步清理；

响应客户端删除成功的信号

MFS修改文件内容的过程：

客户端有修改文件内容时，首先向Master发送操作信息；

Master申请新的块给.swp文件，

客户端关闭文件后，会向Master发送关闭信息；

Master会检测内容是否有更新，若有，则申请新的块存放更改后的文件，删除原有块和.swp文件块；

若无，则直接删除.swp文件块。

MFS重命名文件的过程：

客户端重命名文件时，会向Master发送操作信息；

Master直接修改元数据信息中的文件名；返回重命名完成信息；

MFS遍历文件的过程：

遍历文件不需要访问chunk server，当有客户端遍历请求时，向Master发送操作信息；

Master返回相应元数据信息；

客户端接收到信息后显示

注：

Master记录着管理信息，比如：文件路径|大小|存储的位置(ip,port,chunkid)|份数|时间等，元数据信息存在于内存中，会定期写入metadata.mfs.back文件中，定期同步到metalogger，操作实时写入changelog.*.mfs，实时同步到metalogger中。master启动将metadata.mfs载入内存，重命名为metadata.mfs.back文件。

文件以chunk大小存储，每chunk最大为64M，小于64M的，该chunk的大小即为该文件大小（验证实际chunk文件略大于实际文件），超过64M的文件将被切分，以每一份（chunk）的大小不超过64M为原则；块的生成遵循规则：目录循环写入(00-FF 256个目录循环，step为2)、chunk文件递增生成、大文件切分目录连续。

Chunkserver上的剩余存储空间要大于1GB（Reference Guide有提到），新的数据才会被允许写入，否则，你会看到No space left on device的提示，实际中，测试发现当磁盘使用率达到95%左右的时候，就已经不行写入了，当时可用空间为1.9GB。

文件可以有多份copy，当goal为1时，文件会被随机存到一台chunkserver上，当goal的数大于1时，copy会由master调度保存到不同的chunkserver上，goal的大小不要超过chunkserver的数量，否则多出的copy，不会有chunkserver去存。

测试环境：

IP	作用
192.168.0.1	master server
192.168.0.2	metalogger server
192.168.0.3	chunk server
192.168.0.4	chunk server
192.168.0.5	chunk server
192.168.0.6	mfs client

1.Master Server

192.168.0.1上master安装：

useradd mfs -s /sbin/nologin

http://sourceforge.net/projects/moosefs/files/moosefs/1.6.27/mfs-1.6.27-1.tar.gz/download

tar zxvf mfs-1.6.27-1.tar.gz

cd mfs-1.6.27-1/

./configure --prefix=/usr/local/mfs --with-default-user=mfs --with-default-group=mfs --disable-mfschunkserver --disable- mfsmount

make

make install

cd /usr/local/mfs/etc

cp mfsmaster.cfg.dist mfsmaster.cfg #主配置文件

cp mfsexports.cfg.dist mfsexports.cfg #被挂接目录及权限配置

master配置文件：

vi /usr/local/mfs/etc/mfsmaster.cfg

# WORKING_ USER = mfs #运行master server 的用户

# WORKING_ GROUP = mfs #运行master server 的组

# SYSLOG_IDENT = mfsmaster #master server 在syslog 中的标识，说明是由master serve 产生的

# LOCK_MEMORY = 0 #是否执行mlockall()以避免mfsmaster 进程溢出（默认为0）

# NICE_LEVEL = -19 #运行的优先级(如果可以默认是-19; 注意: 进程必须是用root 启动)

# EXPORTS_FILENAME = /usr/local/mfs/etc/mfsexports.cfg #被挂接目录及其权限控制文件的存放位置

# DATA_PATH = /usr/local/mfs/var/mfs #数据存放路径，此目录下大致有三类文件，changelog，sessions 和stats；

# BACK_LOGS = 50 #metadata 的改变log 文件数目(默认是50);

# REPLICATIONS_ DELAY_INIT = 300 #延迟复制的时间（默认是300s）;

# REPLICATIONS_ DELAY_DISCONNECT = 3600 #chunkserver 断开的复制延迟（默认是3600）；

# MATOML_LISTEN_HOST = * #metalogger 监听的IP 地址(默认是*，代表任何IP)；

# MATOML_LISTEN_PORT = 9419 #metalogger 监听的端口地址(默认是9419)；

# MATOCS_LISTEN_ HOST = * #用于chunkserver 连接的IP 地址（默认是*，代表任何IP）；

# MATOCS_LISTEN_PORT = 9420 #用于chunkserver 连接的端口地址（默认是9420）；

# MATOCU_LISTEN_HOST = * #用于客户端挂接连接的IP 地址(默认是*，代表任何IP)；

# MATOCU_LISTEN_PORT = 9421 #用于客户端挂接连接的端口地址（默认是9421）；

# CHUNKS_LOOP_TIME = 300 #chunks 的回环频率（默认是：300 秒）；# CHUNKS_DEL_LIMIT = 100

# CHUNKS_WRITE_REP_LIMIT = 1 #在一个循环里复制到一个chunkserver 的最大chunk 数目（默认是1）

# CHUNKS_READ_REP_LIMIT = 5 #在一个循环里从一个chunkserver 复制的最大chunk 数目（默认是5）

# REJECT_OLD_ CLIENTS = 0 #弹出低于1.6.0 的客户端挂接（0 或1，默认是0）

修改DATA_PATH指定的目录要权限为mfs，chown -R mfs:mfs /usr/local/mfs/var/mfs

mfsexports 访问控制对于那些老客户是没用的

vi /usr/local/mfs/etc/mfsexports.cfg

#客户端IP 允许挂载的目录客户端拥有的权限

192.168.0.0/24 / rw,alldirs,maproot=0 # /标识MFS的根

192.168.0.0/24 . rw # .标识MFSMETA 文件系统

地址格式：

* #所有的ip 地址

n.n.n.n #单个ip 地址

n.n.n.n/b #IP 网络地址/位数掩码　　

n.n.n.n/m.m.m.m　　 #IP 网络地址/子网掩码

f.f.f.f-t.t.t.t #IP 段

权限说明：

ro #只读模式

rw #读写模式

alldirs #许挂载任何指定的子目录　　

maproot #映射为root，还是指定的用户　　

password #指定客户端密码

服务操作：

/usr/local/mfs/sbin/mfsmaster [-vdu] [-t locktimeout] [-c cfgfile] [start|stop|restart|reload] #master服务操作

/usr/local/mfs/sbin/mfscgiserv #启动WEBUI 监控服务，访问http://192.168.0.1:9425/

/usr/local/mfs/var/mfs #此目录见mfsmaster.cfg中DATA_PATH配置

metadata.mfs.back #MFS元数据信息，延迟将内存数据写入文件，默认频率1h，默认1d同步一次此文件到metalogger server

changelog.*.mfs #文件操作日志记录，实时记录、同步到metalogger server

sessions.mfs #客户操作状态记录

stats.mfs #？

2.Chunk Server

在192.168.0.3-192.168.0.5上安装chunk server:

useradd mfs -s /sbin/nologin

http://sourceforge.net/projects/moosefs/files/moosefs/1.6.27/mfs-1.6.27-1.tar.gz/download

tar zxvf mfs-1.6.27-1.tar.gz

cd mfs-1.6.27-1/

./configure --prefix=/usr/local/mfs --with-default-user=mfs --with-default-group=mfs --disable-mfsmaster --disable-mfsmount

make

make install

cd /usr/local/mfs/etc

cp mfschunkserver.cfg.dist mfschunkserver.cfg #chunk配置文件

cp mfshdd.cfg.dist mfshdd.cfg #MFS使用空间配置

chunk server配置文件：

vi /usr/local/mfs/etc/mfschunkserver.cfg

# WORKING_USER = mfs

# WORKING_GROUP = mfs

# DATA_PATH = /usr/local/mfs/var/mfs

# LOCK_FILE = /var/run/mfs/mfschunkserver.pid

# SYSLOG_IDENT = mfschunkserver

# BACK_LOGS = 50

# MASTER_RECONNECTION_DELAY = 30

MASTER_HOST = 192.168.0.1 #元数据服务器的名称或地址，可以是主机名，也可以是ip 地址

# MASTER_PORT = 9420 #为Matser中 MATOCS_LISTEN_PORT指定的端口

# MASTER_TIMEOUT = 60

# CSSERV_LISTEN_HOST = *

# CSSERV_LISTEN_PORT = 9422 这个监听端口用于与其它数据存储服务器间的连接，通常是数据复制

# CSSERV_TIMEOUT = 60

# CSTOCS_TIMEOUT = 60

# HDD_CONF_FILENAME = /usr/local/mfs/etc/mfshdd.cfg 分配给MFS 使用的磁盘空间配置文件的位置

注：

MASTER_HOST 不能为localhost或127.0.0.1

MASTER_PORT必须为元数据服务器配置中MATOCS_LISTEN_PORT指定的端口，且IP必须被master允许。

chown -R mfs:mfs /data

echo 'data' >> /usr/local/mfs/etc/mfshdd.cfg

服务操作：

/usr/local/mfs/sbin/mfschunkserver [-vdu] [-t locktimeout] [-c cfgfile] [start|stop|restart|reload] #chunkserver操作命令

3.MetaLogger Server

在192.168.0.2上安装metalogger server，安装步骤同master，在些略过。

配置文件：

vi /usr/local/mfs/etc/mfsmetalogger.cfg

# WORKING_USER = mfs

# WORKING_GROUP = mfs

# SYSLOG_IDENT = mfsmetalogger

# LOCK_MEMORY = 0

# NICE_LEVEL = -19

# DATA_PATH = /usr/local/mfs/var/mfs

# BACK_LOGS = 50

# META_DOWNLOAD_FREQ = 24 元数据备份文件下载请求频率。默认为24小时，即每隔一天从元数据服务器(MASTER)下载一个metadata.mfs.back 文件。当元数据服务器关闭或者出故障时，matedata.mfs.back 文件将消失，那么要恢复整个mfs,则需从metalogger 服务器取得该文件。请特别注意这个文件，它与日志文件一起，才能够恢复整个被损坏的分布式文件系统。

# MASTER_RECONNECTION_DELAY = 5

MASTER_HOST = 192.168.0.1

# MASTER_PORT = 9419

# MASTER_TIMEOUT = 60

# deprecated, to be removed in MooseFS 1.7

# LOCK_FILE = /var/run/mfs/mfsmetalogger.lock

服务操作：

/usr/local/mfs/sbin/mfsmetalogger [-vdu] [-t locktimeout] [-c cfgfile] [start|stop|restart|reload]

4. MFS Client

在192.168.0.6上执行客户端安装

4.1

FUSE安装：

wget http://sourceforge.net/projects/fuse/files/fuse-2.X/2.9.3/fuse-2.9.3.tar.gz/download

tar zxf fuse-2.9.3.tar.gz

cd fuse-2.9.3

./configure

make && make install

echo 'export PKG_CONFIG_PATH=/usr/local/lib/pkgconfig:$PKG_CONFIG_PATH' >>/etc/profile

source /etc/profile

lsmod |grep fuse #检查fuse是否加载到内核，若没有，执行下面命令

modprobe fuse&&lsmod |grep fuse #若将下列mfsmount挂载操作加入开机自启动，一定将modprobe fuse也加入开机自启

注：

一定要将fuse环境变量配置ok，否则安装mfsmount会装不上

若将下列mfsmount挂载操作加入开机自启动，一定将modprobe fuse也加入开机自启，且在其执行之前执行。

4.2 MFSMount安装：

useradd mfs -s /sbin/nologin

wget http://sourceforge.net/projects/moosefs/files/moosefs/1.6.27/mfs-1.6.27-1.tar.gz/download

tar zxvf mfs-1.6.27-1.tar.gz

cd mfs-1.6.27-1/

./configure --prefix=/usr/local/mfs --with-default-user=mfs --with-default-group=mfs --disable-mfsmaster --disable-mfschunkserver

make;make install

4.3 挂载MFS

mkdir /mnt/mfs /mnt/mfsmeta #创建挂载点

/usr/local/mfs/bin/mfsmount /mnt/mfs -H 192.168.0.1

/usr/local/mfs/bin/mfsmount -m /mnt/mfsmeta -H 192.168.0.1

5.MFS集群的启动与关闭

5.1 安全启动MooseFS 集群：

启动mfsmaster 进程

启动所有的mfschunkserver 进程

启动mfsmetalogger 进程（如果配置了mfsmetalogger）

当所有的chunkservers 连接到MooseFS master 后，任何数目的客户端可以利用mfsmount 去挂接被export 的文件系统。（可以通过检查master 的日志或是CGI 监视器来查看是否所有的chunkserver被连接）。

5.2安全的停止MooseFS 集群：

在所有的客户端卸载MooseFS 文件系统

用mfschunkserver stop 命令停止chunkserver 进程

用mfsmetalogger stop 命令停止metalogger 进程

用mfsmaster stop 命令停止master 进程

1.冗余goal设置

目标（goal），是指文件被拷贝的份数，设定了拷贝的份数后是可以通过mfsgetgoal 命令来证实的，也可以通过mfsrsetgoal 来改变设定。

/usr/local/mfs/bin/mfssetgoal 3 /mnt/mfs/test1 设置文件/mnt/mfs/test1有三个副本

/usr/local/mfs/bin/mfsgetgoal /mnt/mfs/test1

/mnt/mfs/test1: 3

用mfsgetgoal –r 和mfssetgoal –r 同样的操作可以对整个树形目录递归操作，其等效于mfsrsetgoal命令。实际的拷贝份数可以通过mfscheckfile 和mfsfile info 命令来查看。

注：

一个不包含数据的零长度的文件,尽管没有设置为非零的目标（the non-zero "goal"）,但用mfscheckfile 命令查询将返回一个空的结果；将文件填充内容后，其会根据设置的goal创建副本；这时再将文件清空，其副本依然作为空文件存在。

假如改变一个已经存在的文件的拷贝个数，那么文件的拷贝份数将会被扩大或者被删除，这个过程会有延时。可以通过mfscheckfile 命令来证实。

对一个目录设定“目标”，此目录下的新创建文件和子目录均会继承此目录的设定，但不会改变已经存在的文件及目录的拷贝份数。

可以通过mfsdirinfo来查看整个目录树的信息摘要。

2.垃圾回收站

一个删除文件能够存放在一个“ 垃圾箱”的时间就是一个隔离时间，这个时间可以用mfsgettrashtime 命令来验证，也可以用mfssettrashtime 命令来设置：

/usr/local/mfs/bin/mfssettrashtime 64800 /mnt/mfs/test1

/usr/local/mfs/bin/mfsgettrashtime /mnt/mfs/test1

/mnt/mfs/test1: 64800

时间的单位是秒。就像文件被存储的份数一样, 为一个目录设定存放时间是要被新创建的文件和目录所继承的。数字0 意味着一个文件被删除后, 将立即被彻底删除，在想回收是不可能的。

删除文件可以通过一个单独安装MFSMETA 文件系统。特别是它包含目录/ trash (包含任然可以被还原的被删除文件的信息)和/ trash/undel (用于获取文件)。只有管理员有权限访问MFSMETA(用户的uid 0，通常是root)。

/usr/local/mfs/bin/mfsmount -m /mnt/mfsmeta -H 192.168.0.1

被删文件的文件名在“垃圾箱”目录里还可见,文件名由一个八位十六进制的数i-node 和被删文件的文件名组成，在文件名和i-node 之间不是用“/”,而是用了“|”替代。如果一个文件名的长度超过操作系统的限制（通常是255 个字符），那么部分将被删除。通过从挂载点起全路径的文件名被删除的文件仍然可以被读写。

移动这个文件到trash/undel 子目录下，将会使原始的文件恢复到正确的MooseFS 文件系统上路径下（如果路径没有改变）。如果在同一路径下有个新的同名文件，那么恢复不会成功。

从“垃圾箱”中删除文件结果是释放之前被它站用的空间(删除有延迟,数据被异步删除)。

在MFSMETA中还有另一个目录reserved，该目录内的是被删除但依然打开的文件。在用户关闭了这些被打开的文件后，reserved 目录中的文件将被删除，文件的数据也将被立即删除。在reserved 目录中文件的命名方法同trash 目录中的一样，但是不能有其他功能的操作。

3. 快照snapshot

MooseFS 系统的另一个特征是利用mfsmakesnapshot 工具给文件或者是目录树做快照。

/usr/local/mfs/bin/mfsmakesnapshot source ... destination

Mfsmakesnapshot 是在一次执行中整合了一个或是一组文件的拷贝，而且任何修改这些文件的源文件都不会影响到源文件的快照，就是说任何对源文件的操作,例如写入源文件，将不会修改副本(或反之亦然)。

也可以使用mfsappendchunks：

/usr/local/mfs/bin/mfsappendchunks destination-file source-file ...

当有多个源文件时，它们的快照被加入到同一个目标文件中（每个chunk 的最大量是chunk）。

4. MFS chunkservers 的维护

若每个文件的goal（目标）都不小于2，并且没有under-goal 文件（这些可以用mfsgetgoal –r和mfsdirinfo 命令来检查），那么一个单一的chunkserver 在任何时刻都可能做停止或者是重新启动。以后每当需要做停止或者是重新启动另一个chunkserver 的时候，要确定之前的chunkserver 被连接，而且要没有under-goal chunks。

5.MFS元数据备份与恢复

通常元数据有两部分的数据：

主要元数据文件metadata.mfs，当mfsmaster 运行的时候会被命名为metadata.mfs.back

元数据改变日志changelog.*.mfs，存储了过去的N 小时的文件改变（N 的数值是由BACK_LOGS参数设置的，参数的设置在mfschunkserver.cfg 配置文件中）。

主要的元数据文件需要定期备份，备份的频率取决于取决于多少小时changelogs 储存。元数据changelogs 实时的自动复制。1.6版本中这个工作都由metalogger完成。

5.1 MFS Master的恢复

一旦mfsmaster 崩溃（例如因为主机或电源失败），需要最后一个元数据日志changelog 并入主要的metadata 中。这个操作时通过mfsmetarestore 工具做的，最简单的方法是：

/usr/local/mfs/bin/mfsmetarestore -a

如果master 数据被存储在MooseFS 编译指定地点外的路径，则要利用-d 参数指定使用：

/usr/local/mfs/bin/mfsmetarestore -a -d /opt/mfsmaster

5.2 从MetaLogger中恢复Master

找回metadata.mfs.back 文件，可以从备份中找，也可以中metalogger 主机中找（如果启动了metalogger 服务），然后把metadata.mfs.back 放入data 目录，一般为{prefix}/var/mfs