首页 » 云计算 » MooseFS技术详解

MooseFS技术详解

 

MFS 概述

MooseFS是一款具有冗余容错功能的分布式文件系统。它把数据分散在多台服务器上,确保一份数据多个备份副本,对外提供统一的结构。

功能特性

对于标准的文件操作,MooseFS表现与其他类Unix文件系统一致。
支持的通过文件系统特性:

  • 层次结构(目录树)
  • 兼容POSIX文件属性
  • 支持特殊文件
  • 符号链接和硬链接
  • 基于IP地址和密码的访问控制

独有特性

  • 高可靠性(数据的多个副本存储在不同服务器)
  • 容量动态扩展(添加新硬盘或者服务器)
  • 可以回收在制定时间内删除的文件,类似回收站功能
  • 可以对整个文件甚至是正在被写入的文件创建文件快照

MFS整体架构的四种角色

  • Master(元数据服务器)
    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。
  • Metalogger(元数据日志服务器)
    负责备份Master服务器的changelog。文件类型为changelog.*.mfs,以便在Master出问题时接替其工作
  • Chunk(数据存储服务器)
    负责连接Master,听从Master调度,提供存储空间,并为客户端提供数据传输
  • Client(客户端挂载)
    通过FUSE内核接口挂载远程管理服务器(master)上所管理的数据存储服务器,使用起来和本地文件系统一样

MFS工作图解

  • 网络架构

MooseFS-NetWork.png

MooseFS-NetWork

  • 工作原理

moosefs-write-process.png

MooseFS Write Process

moosefs-read-process.png

MooseFS Read Process

  • 集群拓扑

mfs-topology.png

MooseFS-Topology


安装配置MFS

系统环境介绍

  • OS:CentOS Linux release 7.2.1511 (Core)
  • 软件版本:2.0.81-1
  • 节点配置
ip地址 角色
172.16.18.137 master
172.16.18.134 metalogger
172.16.18.183 chunk
172.16.18.184 chunk
172.16.18.185 chunk
172.16.18.186 chunk
172.16.18.187 chunk

chunk上有四块硬盘,第一块为系统,剩下三块作为数据存储,每块容量为4TB

软件安装

从官方软件库安装MFS

  • 添加yum key
curl "http://ppa.moosefs.com/RPM-GPG-KEY-MooseFS" > /etc/pki/rpm-gpg/RPM-GPG-KEY-MooseFS
  • 下载软件库配置文件
//For EL7 family:
curl "http://ppa.moosefs.com/MooseFS-stable-el7.repo" > /etc/yum.repos.d/MooseFS.repo

//For EL6 family:
curl "http://ppa.moosefs.com/MooseFS-stable-el6.repo" > /etc/yum.repos.d/MooseFS.repo

For EL5 family:
Due to GPGv4 incompatibility with CentOS 5, CentOS 5 is deprecated.
If you really need CentOS 5 packages, please contact support@moosefs.com.
  • 安装软件包
// For Master Server:
yum install moosefs-master moosefs-cli moosefs-cgi moosefs-cgiserv

// For Chunkservers:
yum install moosefs-chunkserver

//For Metaloggers:
yum install moosefs-metalogger

For Clients:
//yum install moosefs-client
  • 启动服务
//To start process manually:
mfsmaster start
mfschunkserver start

//For systemd OS family - EL7:
systemctl start moosefs-master.service
systemctl start moosefs-chunkserver.service

//For SysV OS family - EL6:
service moosefs-master start 
service moosefs-chunkserver start

从源码安装MFS

  • 下载软件包
wget http://ppa.moosefs.com/src/moosefs-2.0.88-1.tar.gz
  • 添加用户和组
useradd -s /sbin/nologin  -M mfs
  • 安装软件包
tar-zxf moosefs-2.0.88-1.tar.gz
cd moosefs-2.0.88

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

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

// For chunk
./configure --prefix=/usr/local/mfs --with-default-user=mfs --with-default-group=mfs --disable-mfsmaster --disable-mfsmount --disable-mfscgi --disable-mfscgiserv
  • 安装MFS client

client安装需要fuse支持,fuse可以从源码和仓库中安装

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

配置MFS

Master

  • 配置文件
// 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

# TOPOLOGY_FILENAME = /usr/local/mfs/etc/mfs/mfstopology.cfg

# 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);
# BACK_META_KEEP_PREVIOUS = 1

# 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);
# MATOML_LOG_PRESERVE_SECONDS = 600

# 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_MAX_CPS = 100000
# CHUNKS_LOOP_MIN_TIME = 300 chunks 的回环频率(默认是:300 秒);
注:原文为Chunks loop frequency in seconds (default is 300)

# CHUNKS_SOFT_DEL_LIMIT = 10
# CHUNKS_HARD_DEL_LIMIT = 25
# CHUNKS_WRITE_REP_LIMIT = 2
# CHUNKS_READ_REP_LIMIT = 10
# ACCEPTABLE_DIFFERENCE = 0.1

# SESSION_SUSTAIN_TIME = 86400
# REJECT_OLD_CLIENTS = 0 弹出低于 1.6.0 的客户端挂接(0 或 1,默认是 0)注意mfsexports 访问控制对于那些老客户是没用的
# deprecated:
# CHUNKS_DEL_LIMIT - use CHUNKS_SOFT_DEL_LIMIT instead
# LOCK_FILE - lock system has been changed, and this option is used only to search for old lockfile


\\ mfsexport.cfg
#* / ro
#192.168.1.0/24 / rw
#192.168.1.0/24 / rw,alldirs,maproot=0,password=passcode
#10.0.0.0-10.0.0.5 /test rw,maproot=nobody,password=test
* . rw
#* / rw,alldirs,maproot=0
172.16.18.221          .               rw                             \\ 回收站
172.16.18.221          /               rw,alldirs,maproot=0
172.16.18.134          /               rw,alldirs,maproot=0
  • 修改配置文件
cd /usr/local/mfs/etc/
mv mfsmaster.cfg.dist mfsmaster.cfg
mv mfsexports.cfg.dist mfsexports.cfg

mfsmaster.cfg : master的主配置文件,配置文件中所有的选项都是用#注释掉的,这代表的是将会使用的选项的默认参数,如果要修改只需取消注释修改其值为你所要使用的值即可;

mfsexportes.cfg 为共享mfs文件系统的控制文件,NFS要共享一个目录时,我们会使用vim /etc/exports命令,编写共享给谁,所要共享的目录,共享出去的属性这些内容,而mfsexports.cfg的作用与其类似其书写格式如下:

client		Directory			Property
*                /       	rw,alldirs,maproot=0
client支持格式:ipip/netmask、ip/位数掩码、ip-ip、*

该文件每一个条目分为三部分:
第一部分:客户端的ip 地址
第二部分:被挂接的目录
第三部分:客户端拥有的权限

//地址可以指定的几种表现形式:
* 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

//目录部分需要注意两点:
/ 标识MooseFS 根;
. 表示MFSMETA 文件系统

//权限部分:
ro 只读模式共享
rw 读写的方式共享
alldirs 许挂载任何指定的子目录
  • 启动服务
/usr/local/mfs/sbin/mfsmaster start

//为了监控moosefs的当前运行状态,我们可以运行cgi服务,这样就可以用浏览器查看整个moosefs的运行情况
/usr/local/mfs/sbin/mfscgiserv

Metalogger

  • 修改配置文件
mv mfsmetalogger.cfg.dist mfsmetalogger.cfg

META_DOWNLOAD_FREQ = 24 \\元数据备份下载请求频率,设置为1小时
MASTER_HOST = 172.16.18.137 \\修改MASTER_HOST的值,为MASTER_HOST的ip地址
  • 启动服务
/usr/local/mfs/sbin/mfsmetalogger start

ChunkServer

  • 配置分区
parted -s /dev/sdb 'mklabel gpt';parted -s /dev/sdc 'mklabel gpt';parted -s /dev/sdd 'mklabel gpt'
parted -s /dev/sdb  'mkpart primary 0 -1'; parted -s /dev/sdc  'mkpart primary 0 -1'; parted -s /dev/sdd 'mkpart primary 0 -1'
mkfs.ext4 -q -T largefile /dev/sdb1;mkfs.ext4 -q -T largefile /dev/sdc1;mkfs.ext4 -q -T largefile /dev/sdd1
mkdir /MFS_data{1,2,3}  
mount /dev/sdb1 /MFS_data1; mount /dev/sdc1 /MFS_data2; mount /dev/sdd1 /MFS_data3
chown mfs:mfs /MFS_data*
  • 修改配置文件
mv mfschunkserver.cfg.dist mfschunkserver.cfg
修改MASTER_HOST的值,为MASTER_HOST的ip地址:
MASTER_HOST = 172.16.18.137

mv mfshdd.cfg.dist mfshdd.cfg
增加挂载目录信息
/MFS_data1
/MFS_data2
/MFS_data3
  • 启动服务
/usr/local/mfs/sbin/mfschunkserver start

Client

  • 挂载MFS
mkdir /MFS_data
/usr/local/mfs/bin/mfsmount /MFS_data -H 172.16.18.137
mfsmaster accepted connection with parameters: read-write,restricted_ip ; root mapped to root:root

特别需要注意的是,所有的MFS 都是挂接同一个元数据服务器master 的IP,而不是其他数据存储
服务器chunkserver 的IP


使用MFS

MFS文件系统使用

Client通过MFS软件提供的工具来管理MFS文件系统,下面是工具介绍

/usr/local/mfs/bin/mfstools -h
mfs multi tool

usage:
        mfstools create - create symlinks (mfs<toolname> -> /usr/local/mfs/bin/mfstools)

tools:
        mfsgetgoal                               // 设定副本数
        mfssetgoal                               // 获取副本数
        mfsgettrashtime                          // 设定回收站时间
        mfssettrashtime                          // 设定回收站时间
        mfscheckfile                             // 检查文件
        mfsfileinfo                              // 文件信息
        mfsappendchunks                            
        mfsdirinfo                                // 目录信息
        mfsfilerepair                             // 文件修复
        mfsmakesnapshot                           // 快照     
        mfsgeteattr                               // 设置权限
        mfsseteattr
        mfsdeleattr

deprecated tools:                                  // 递归设置
        mfsrgetgoal = mfsgetgoal -r
        mfsrsetgoal = mfssetgoal -r
        mfsrgettrashtime = mfsgettreshtime -r
        mfsrsettrashtime = mfssettreshtime -r

挂载文件系统

MooseFS 文件系统利用下面的命令:

mfsmount mountpoint [-d][-f] [-s][-m] [-n][-p] [-HMASTER][-PPORT] [-S PATH][-o OPT[,OPT...]]
-H MASTER:是管理服务器(master server)的ip 地址
-P PORT: 是管理服务器( master server)的端口号,要按照mfsmaster.cfg 配置文件中的变量
MATOCU_LISTEN_POR 的之填写。如果master serve 使用的是默认端口号则不用指出。
-S PATH:指出被挂接mfs 目录的子目录,默认是/目录,就是挂载整个mfs 目录。

Mountpoint:是指先前创建的用来挂接mfs 的目录。
在开始mfsmount 进程时,用一个-m 或-o mfsmeta 的选项,这样可以挂接一个辅助的文件系统
MFSMETA,这么做的目的是对于意外的从MooseFS 卷上删除文件或者是为了释放磁盘空间而移动的
文件而又此文件又过去了垃圾文件存放期的恢复,例如:

/usr/local/mfs/bin/mfsmount -m /MFS_meta/ -H 172.16.18.137

设定副本数量

目标(goal),是指文件被拷贝副本的份数,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。

mfssetgoal 3 /MFS_data/test/ 
mfssetgoal 3 /MFS_data/test/

mfsgetgoal –rmfssetgoal –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mfscheckfilemfsfile info命令来证实。

注意以下几种特殊情况:

  • 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。

垃圾回收站

一个被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,也可以使用`mfssettrashtime 命令来设置。

mfssettrashtime 64800 /MFS_data/test/test1 
mfsgettrashtime /MFS_data/test/test1

时间的单位是秒(有用的值有:1 小时是3600 秒,24 – 86400 秒,1天 – 604800 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 /MFS_meta/ -H 172.16.18.137

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任然可以被读写。

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。

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

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:

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)。

MFS集群维护

启动MFS集群

安全的启动MooseFS 集群(避免任何读或写的错误数据或类似的问题)的方式是按照以下命令步骤:

  1. 启动mfsmaster 进程
  2. 启动所有的mfschunkserver 进程
  3. 启动mfsmetalogger 进程(如果配置了mfsmetalogger)
  4. 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)。

停止MFS集群

安全的停止MooseFS 集群:

  1. 在所有的客户端卸载MooseFS 文件系统(用umount 命令或者是其它等效的命令)
  2. 用mfschunkserver stop 命令停止chunkserver 进程
  3. 用mfsmetalogger stop 命令停止metalogger 进程
  4. 用mfsmaster stop 命令停止master 进程

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。

MFS元数据备份

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。

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:

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,如:

mfsmetarestore -a -d /opt/mfsmaster

从MetaLogger中恢复Master

如果mfsmetarestore -a无法修复,则使用metalogger也可能无法修复,暂时没遇到过这种情况,这里不暂不考虑。

  1. 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
  2. 从在master 宕掉之前的任何运行metalogger 服务的服务器上拷贝最后metadata 文件,然后放入mfsmaster 的数据目录。
  3. 利用mfsmetarestore 命令合并元数据changelogs,可以用自动恢复模式mfsmetarestore –a,也可以利用非自动化恢复模式
mfsmetarestore -m metadata.mfs.back -o metadata.mfs changelog_ml.*.mfs

或:强制使用metadata.mfs.back创建metadata.mfs,可以启动master,但丢失的数据暂无法确定。

Automated Failover

生产环境使用 MooseFS 时,需要保证 master 节点的高可用。 使用 ucarp 是一种比较成熟的方案,或者DRBD+[hearbeat|keepalived]ucarp 类似于 keepalived,通过主备服务器间的健康检查来发现集群状态,并执行相应操作。另外 MooseFS商业版本已经支持双主配置,解决单点故障。

 

http://www.zerounix.com/mfs-Technology/

原文链接:MooseFS技术详解,转载请注明来源!

0