一、竞品调研
当前的一些开源方案,这些存储方案里面可以分为两种:
- 一种是可以自定对象名称的;
- 另外一种是系统自动生成对象名称。
我们的对象名是自己生成的,里面包含了业务逻辑。
1、像 FS 就是国内大佬开源的一个分支存储,但是因为不能自定义文件名所以不合适。
2、还有像领英的 Ambry、MogileFS 其实都不能自定对象名的,所以是不合适的。
3、LeoFS 对我们来说不是很可控,所以不合适。
4、TFS 是淘宝开源的,但是目前已经很少有人维护它并且也不是很活跃,所以当时就没有考虑。
5、ceph 是一个比较强大的分布式存储,但是它整个系统非常复杂需要大量的人力进行维护,对我们的产品不是很符合,所以暂时不考虑。
因为原项目文件使用阿里云OSS上传,现需求要部署到客户本地不可以使用外网,所以要替换文件存储方案MinIO文档地址
MinIO 是在 GNU Affero 通用公共许可证 v3.0 下发布的高性能对象存储。它是与 Amazon S3 云存储服务兼容的 API。使用 MinIO 为机器学习、分析和应用程序数据工作负载构建高性能基础架构。,非常适合于存储大容量非结构化的数据,例如图片、视频、日志文件、备份数据和容器/虚拟机镜像等,而一个对象文件可以是任意大小,从几kb到最大5T不等
MinIO可单点部署,可分布式集群部署, *** 作部署方便,可支持扩容,SDK和阿里OSS用起来差不多,刚好满足我的需求,唯一缺陷就是不支持动态扩容.
minio是开源对象存储产品,具有简单、稳定、高性能特性。本文将minio的基本配置的一些方法。minio有单点运行、纠删码、分布式纠删码三种方式。单点运行配置简单,只需启动minio服务并指定相关数据目录即可。在生产环境中常用的纠删码和分布式纠删码两种,纠删码类型是minio在单节点服务器配置多个数据盘作为数据存放目录的配置方式。分布式纠删码是minio跨节点配置方式,所有节点的盘位组建纠删码,保证业务数据访问的高可用。
1、MinIO的架构左边是 MINIO 集群的示意图,整个集群是由多个角色完全相同的节点所组成的。因为没有特殊的节点,所以任何节点宕机都不会影响整个集群节点之间的通信。
通过 rest 跟 RPC 去通信的,主要是实现分布式的锁跟文件的一些 *** 作。
右边这张图是单个节点的示意图,每个节点都单独对外提供兼容 S3 的服务。
- Drive:可以理解为一块磁盘
- Set:一组Drive的集合
- 一个对象存储在一个Set上
- 一个集群划分为多个Set
- 一个Set包含的Drive数量是固定的
- 默认由系统根据集群规模自动计算得出
- MINIO_ERASURE_SET_DRIVE_COUNT
- 一个SET中的Drive尽可能分布在不同的节点上
(1)上图中,每一行是一个机器节点,这里有32个集群,每个节点里有一个小方块,我们称之为Drive,Drive可简单地理解为磁盘。一个节点有32个Drive,相当于32个磁盘。
(2)Set是另外的概念,Set是一组Drive的集合,所有红色标识的Drive组成了一个Set。
(3)一个对象最终是存储在一个Set里面的。
3、MinIO核心流程 3.1、数据编码Erasure Code:冗余编码
- 将一个对象编码成若干个数据块和校验块
- Reed-Solomon算法
- 低冗余、高可靠
MinIO的编码方式,我们简称为Erasure Code码,是通过算法还原数据的方法。MinIO使用Reed-Solomon算法,该算法把对象编码成若干个数据块和校验块。
为了表述方便,把数据库和校验块统称为编码块,之后我们可以通过编码块的一部分就能还原出整个对象。
如上图,如我们所知,一个对象存储在一个Set上面,这个Set包含16个Drive,其中灰色的一半是数据库,橙色的一半是校验块,这种方式最多能忍受一半的编码丢失或损坏。所有编码块的大小是原对象的2倍,跟传统多副本存储方案相比,他只冗余存了一份,但可靠性更高。
接下来讲Bit Rot Protection,直译就是腐烂。它只物理设备上的一些文件细微的损坏,还没有被 *** 作系统所硬件所察觉,但是他已经损坏了。
Bit Rot Protection:
- HighwayHash
MinIO把之前的编码块进行 HighwayHash 编码,最后要校验这个编码,以确保每个编码是正确的。
基于 Erasure Code 和 Bit Rot Protection 这两个特性,所以MinIO的数据可靠性做的高。
另外,MinIO提供了一个管理工具,可以对所有编码块进行校验,如果发现编码块有问题,再去修复它。
上图直观地展示了每个节点上的数据存放形式。所有对象的编码块和meta信息,最终是以目录和文件的形式,存储在文件系统上的。
比如My Bucket就是在所有节点的顶级目录创建了对应的目录叫My Bucket。然后当我们上传一个对象的时候,就会在这个对象所对应的Set上面创建一个目录叫My Object,之后把所有编码块的数据跟meta信息都保存在此目录下面,这就是MinIO的真实存储数据的方式。
meta数据是json文件,编码块是part.1文件。黑色的右图是meta信息示例图,里面除了包含正常的meta信息外,还包括了怎样做ec编码,以便之后可以解码出来。
3.3 存储机制Minio 使用纠删码 erasure code和校验和 checksum。 即便丢失一半数量(N/2)的硬盘,仍然可以恢复数据。
校验和
保护数据免受硬件故障和无声数据损坏
纠删码
纠删码是一种恢复丢失和损坏数据的数学算法,目前,纠删码技术在分布式存储系统中的应用主要有三类,阵列纠删码(Array Code: RAID5、RAID6等)、RS(Reed-Solomon)里德-所罗门类纠删码和LDPC(LowDensity Parity Check Code)低密度奇偶校验纠删码。Erasure Code是一种编码技术,它可以将n份原始数据,增加m份数据,并能通过n+m份中的任意n份数据,还原为原始数据。即如果有任意小于等于m份的数据失效,仍然能通过剩下的数据还原出来。
Minio采用Reed-Solomon code将对象拆分成N/2数据和N/2 奇偶校验块。 这就意味着如果是12块盘,一个对象会被分成6个数据块、6个奇偶校验块,可以丢失任意6块盘(不管其是存放的数据块还是奇偶校验块),仍可以从剩下的盘中的数据进行恢复。
RS code编码数据恢复原理RS编码以word为编码和解码单位,大的数据块拆分到字长为w(取值一般为8或者16位)的word,然后对word进行编解码。 数据块的编码原理与word编码原理相同,后文中以word为例说明,变量Di, Ci将代表一个word。
把输入数据视为向量D=(D1,D2,..., Dn), 编码后数据视为向量(D1, D2,..., Dn, C1, C2,.., Cm),RS编码可视为如下(图1)所示矩阵运算。
图1最左边是编码矩阵(或称为生成矩阵、分布矩阵,Distribution Matrix),编码矩阵需要满足任意n*n子矩阵可逆。为方便数据存储,编码矩阵上部是单位阵(n行n列),下部是m行n列矩阵。下部矩阵可以选择范德蒙德矩阵或柯西矩阵。
RS最多能容忍m个数据块被删除。 数据恢复的过程如下:
(1)假设D1、D4、C2丢失,从编码矩阵中删掉丢失的数据块/编码块对应的行。(图2、3)
(2)由于B' 是可逆的,记B'的逆矩阵为 (B'^-1),则B' * (B'^-1) = I 单位矩阵。两边左乘B' 逆矩阵。 (图4、5)
(3)得到如下原始数据D的计算公式 。
(4)对D重新编码,可得到丢失的编码
3.4、上传和下载流程1、上传流程:
1)先根据对象名去做一个Hash,计算出对应的Set,然后来创建临时目录。创建临时目录的目的是为了确保数据强一致性,所以中间数据都会被写入到这个临时目录里(直到所有数据写完后,再统一把目录写入到最终的路径上)
2)接下来读数据编码,每次最多读10M的数据处理,然后做编码,再被写入到磁盘上,循环的过程就是把数据保存下来。
3)数据保存完后,再写meta信息。
4)然后挪到最终的位置上,删除临时目录。
2、读取流程:
1)先根据对象名做Hash,找到对象对应的Set
2)然后去读取meta信息,通过meta信息来获得编码的方式,然后去解码。它是以10M数据做EC编码,读的时候也是逐个part解析,每个part给他做解码,然后写入到一个io write里面。
备注:我们刚刚说了,做EC码时,只要一半的编码块就能还原整个对象,所以读meta时读了N份,但是读数据时只要读N/2就可以了。
#启动一个12个节点的MinIO集群,每个节点有12个Drive minio server http://10.3.1.{1...12}/data/{1...12}
MinIO的部署默认不需要配置文件,几秒钟就可以把集群搭建起来,把简洁做到了极致。
2、MinIO压测可采用 cosBench 工具做压测,cosBench是专门对对象存储做压测的工具。
在12个节点,每个节点12个盘,混合读写64KB。
结果是:
1、读请求:4千QPS,响应的平均延迟是35毫秒;
2、写请求:900 QPS时,平均响应时间是45毫秒。
MinIO一旦集群搭建成功后,就不可以更改集群节点数。因为存在在MinIO的对象到底存储在哪个
局限2、大集群最大节点数为32MinIO实现了一个峰值锁叫DSync。它在节点数量少时,性能非常高;但节点数量过多时,性能就下降了。功能实现的最大节点就是32,所以导致MinIO单个集群的最大节点数也是32。
官方回复是,他们十年做GlusterFS的经验看,一个超大的集群是难以维护的,尤其是宕机之后的恢复时间也特别长,所以他们在做MinIO的时候一个核心设计理念就是简单,易于维护。
扩容方案
1、可同时向多个集群写入
2、当集群容量达到阈值,从写集群中剔除,变成只读
3、读取的时候,根据编码到文件名上的集群信息,从而路由到正确的集群。
MinIO本身提供一个叫联合模式的方式来组建集群,但是要额外引入其他依赖。可以考虑在LB层根据其请求里面的一些header信息做流量转发。
当配置多个集群的时候,可以先从配置中获取可用的集群,再从LB上根据请求的header信息,可控制向哪个集群写。当某个集群的容量达到阈值时,可以从配置中剔除该集群,把他变成只读集群。读取的时候把集群ID或信息码编码到文件名上去,这样可以通过解析文件名就能获取到对应的集群。
IO有Buffered IO 和 Direct IO:
- buffered IO:在读写的时候回经过一个page Cache
- Direct IO:是绕过page Cache,直接对磁盘 *** 作,所以性能会差些。
再回顾下MinIO的写入流程:MinIO数据最终的形式是写入文件系统的文件,也就是随机写的。随机写的性能肯定不如顺序写。
其次,EC编码在低冗余情况下是高可靠的,但同时也让他写入数量变多了,基本上一个对象写入需要做2N次 *** 作,其实N次是数据的 *** 作,N是meta的 *** 作。基于上述原理,可总结出下述优化方案:
优化方案1、小文件合并成大文件
小文件合并成大文件,只需要把底层文件的部分稍微改一下,把原来随机写的小文件改成顺序写的大文件,这样就可以利用page cache来提供磁盘的能力。
具体实现:预先打开一个文件,分配一个固定的空间,目的是保证文件在磁盘上真是存储的数据是连续的。当写文件的时候,就给加锁,保证数据写入,因为这些原因,小文件的索引需要保存下来,所以我们引入了一个levelDB像大文件的ID和size的一些东西,之所以采用level DB是因为他的性能非常好。
接下来看MinIO的读流程:它主要发生在IO的地方有两个:一个是meta信息,然后再读data的时候,至少从N/2个节点上读取。每一次读取meta或者data的时候包括两部分:第一个从levelDB中读取索引,从大文件中读取对应的数据。
然后我们针对这个做了一个优化方案,我们把meta信息,因为meta信息没多少,我们把他压缩到level DB里,直接读就行了,不用读索引了。
再回顾下MinIO的读流程:
1、从N个节点上读取meta信息
2、至少从N/2个几点上读取data
3、每一次读取的时间包括两部分:
- 从level DB读取索引
- 从大文件中读取对应的数据
4、并发读的最终时间取决于最长的一个
1、将meta信息压缩后,直接存入level DB,减少一组IO
2、将level DB存在性能更高的SSD
3、降低单个Set的Drive数量
Minio 是个基于 Golang 编写的开源对象存储套件,基于Apache License v3.0开源协议,虽然轻量,却拥有着不错的性能。它兼容亚马逊S3云存储服务接口。可以很简单的和其他应用结合使用,例如 NodeJS、Redis、MySQL等。
MinIO 的应用场景场景1:如下图,MinIO 的应用场景除了可以作为私有云的对象存储服务来使用,也可以作为云对象存储的网关层,无缝对接 Amazon S3 或者 MicroSoft Azure 。
场景2:单主机单硬盘模式
场景3:单主机多硬盘模式
场景4:多主机多硬盘分布式
特点- 高性能:作为高性能对象存储,在标准硬件条件下它能达到55GB/s的读、35GG/s的写速率,并而 MinIO 支持一个对象文件可以是任意大小,从几kb到最大5T不
- 可扩容:不同MinIO集群可以组成联邦,并形成一个全局的命名空间,并跨越多个数据中心
- 云原生:容器化、基于K8S的编排、多租户支持
- Amazon S3兼容:Minio使用Amazon S3 v2 / v4 API。可以使用Minio SDK,Minio Client,AWS SDK和AWS CLI访问Minio服务器。
- 可对接后端存储: 除了Minio自己的文件系统,还支持DAS、 JBODs、NAS、Google云存储和Azure Blob存储。
- SDK支持:基于Minio轻量的特点,它得到类似Java、Python或Go等语言的sdk支持
-
GO SDK: https://github.com/minio/minio-go
-
JavaSDK: https://github.com/minio/minio-java
-
PythonSDK: https://github.com/minio/minio-py
-
- Lambda计算: Minio服务器通过其兼容AWS SNS / SQS的事件通知服务触发Lambda功能。支持的目标是消息队列,如Kafka,NATS,AMQP,MQTT,Webhooks以及Elasticsearch,Redis,Postgres和MySQL等数据库。
- 有 *** 作页面
- 功能简单: 这一设计原则让MinIO不容易出错、更快启动
- 支持纠删码:MinIO使用纠删码、Checksum来防止硬件错误和静默数据污染。在最高冗余度配置下,即使丢失1/2的磁盘也能恢复数据
参考
minio原理和使用 - 简书
MinIO学习笔记_胜天半子-CSDN博客_minio
单节点部署MinIO | Code and downloads to create high performance object storage
1.docker 方式
[root@localhost s3]# docker run -p 9001:9001 -d harbor.jettech.com/jettechtools/k3s/minio:latest server ./data --console-address ":9001"
MinIO 部署开始使用默认的根凭据minioadmin:minioadmin。您可以使用 MinIO 控制台测试部署,这是一个
内置于 MinIO 服务器的嵌入式对象浏览器。将主机上运行的 Web 浏览器指向http://127.0.0.1:9000并使用
您还可以使用任何与 S3 兼容的工具进行连接,例如 MinIO 客户端mc命令行工具。有关
使用mcmc命令行工具的更多信息,请参阅使用 MinIO 客户端进行测试。对于应用程序开发,
见MinIO | The MinIO Quickstart Guide并单击MinIO的SDK中导航,查看MinIO的SDK支持的语言。
注意:要在持久存储上部署 MinIO,您必须使用该podman -v选项将本地持久目录从主机 *** 作系统映射到容器。例如,-v /mnt/data:/data将主机 *** 作系统驱动器映射/mnt/data到/data容器上。
2.二进制或rpm包方式
rpm: [root@localhost data]# wget https://dl.min.io/server/minio/release/linux-amd64/minio-20211229064906.0.0.x86_64.rpm 或 二进制 [root@localhost s3]# wget https://dl.minio.io/server/minio/release/linux-amd64/minio
2.1 配置,编辑 /etc/default/minio 配置文件,按照实际目录配置 MINIO_VOLUMES、 MINIO_ACCESS_KEY 、 MINIO_SECRET_KEY 等参数,如果自定义minio占用端口号,需要配置 MINIO_OPTS 参数,但一般使用默认端口号9000,所以无需配置该参数。但要确保 MINIO_VOLUMES 有读写权限。https://github.com/minio/minio-service/tree/master/linux-systemd
MINIO_VOLUMES 目录有读写权限 [root@localhost s3]# cat /etc/default/minio MINIO_VOLUMES="/root/wubo/s3/data" MINIO_ACCESS_KEY=admin MINIO_SECRET_KEY=123456aA MINIO_OPTS="--address :9000 --console-address :9001 --listeners 1" [root@localhost s3]# cat <> /etc/default/minio # Volume to be used for MinIO server. MINIO_VOLUMES="/tmp/minio/" # Use if you want to run MinIO on a custom port. MINIO_OPTS="--address :9199 --console-address :9001" # Root user for the server. MINIO_ROOT_USER=Root-User # Root secret for the server. MINIO_ROOT_PASSWORD=Root-Password EOT
本地NAS运行minio,注解:此种方式适合在数据存储目录为NAS目录时的配置方法。
gluster v set fareyes disperse.eager-lock off export MINIO_ACCESS_KEY=minio export MINIO_SECRET_KEY=minio123 minio gateway nas /shared/nasvol
2.2 在 /etc/systemd/system 目录下,配置 minio.service 服务。rpm自动就已经有了不用下载
cd /etc/systemd/system/; curl -O https://raw.githubusercontent.com/minio/minio-service/master/linux-systemd/minio.service
编辑 /etc/systemd/system/minio.service 文件,可采用默认 User=root 、Group=root参数,也可根据实际情况配置此参数。
[root@localhost s3]# cat /etc/systemd/system/minio.service [Unit] Description=MinIO documentation=https://docs.min.io Wants=network-online.target After=network-online.target AssertFileIsExecutable=/usr/local/bin/minio [Service] WorkingDirectory=/usr/local User=root Group=root ProtectProc=invisible EnvironmentFile=-/etc/default/minio ExecStartPre=/bin/bash -c "if [ -z "${MINIO_VOLUMES}" ]; then echo "Variable MINIO_VOLUMES not set in /etc/default/minio"; exit 1; fi" ExecStart=/usr/local/bin/minio server $MINIO_OPTS $MINIO_VOLUMES # Let systemd restart this service always Restart=always # Specifies the maximum file descriptor number that can be opened by this process LimitNOFILE=1048576 # Specifies the maximum number of threads this process can create TasksMax=infinity # Disable timeout logic and wait until process is stopped TimeoutStopSec=infinity SendSIGKILL=no [Install] WantedBy=multi-user.target # Built for ${project.name}-${project.version} (${project.name})
2.3 启动服务
systemctl enable minio.service --now
参考官方链接:
https://github.com/minio/minio-service/tree/master/linux-systemd
服务器数据目录结构
[root@localhost s3]# find data/bucket* data/bucket1 data/bucket1/b1 data/bucket1/b1/b1.txt data/bucket2 data/bucket2/b2 data/bucket2/b2/b2.tx
在服务器上面创建
mkdir data/bucket3/b3 -p echo b3b3b3b3 >data/bucket3/b3/b3.txt
此时 也有了。
我可以理解为是个文件服务器,实时能反映出系统目录下面的情况,类似NFS,ftp,nginx等文件服务器,这些知识不能在线 *** 作而已。不知道我理解的对不对
客户端【mc】
MinIO Client (mc) — MinIO Baremetal documentation
MinIO | MinIO Client Quickstart Guide
MinIO Client (mc) — MinIO Baremetal documentation
1)下载赋权限
[root@localhost s3]# wget https://dl.min.io/client/mc/release/linux-amd64/mc [root@localhost s3]# chmod +x mc [root@localhost s3]# mv /usr/local/bin/
MinIO Client (mc) — MinIO Baremetal documentation2)Add a Cloud Storage Service
To add one or more Amazon S3 compatible hosts, please follow the instructions below. mc stores all its configuration information in ~/.mc/config.json file.
重要的
以下示例临时禁用 bash 历史记录以降低身份验证凭据以纯文本形式泄露的风险。这是一项基本的安全措施,并不能减轻所有可能的攻击媒介。在命令行上输入敏感信息时,请遵循 *** 作系统的安全最佳实践。
bash +o history mc alias setExample--api --path bash -o history
[root@localhost s3]# mc config host add jettechminio http://172.16.10.5:9000 3NY2SNH36G6JLU84IOBH AgTeNj6D9rxJQGbh2MSYbfKzSfmJkzrvmlLqzyb3 --api s3v4 mc 别名使用 mc alias set ALIAS URL ACCESSKEY SECRETKEY [root@localhost s3]# mc alias set jettechminio http://172.16.10.5:9000 admin 123456aA --api s3v4 Added `jettechminio` successfully. [root@localhost s3]# mc alias set jettechminio http://172.16.10.5:9000 3NY2SNH36G6JLU84IOBH AgTeNj6D9rxJQGbh2MSYbfKzSfmJkzrvmlLqzyb3 --api s3v4 Added `jettechminio` successfully.
测试连接
[root@localhost s3]# mc admin info jettechminio ● 172.16.10.5:9000 Uptime: 2 hours Version: 2021-12-29T06:49:06Z Network: 1/1 OK 30 B Used, 6 Buckets, 4 Objects
列出数据列表
[root@localhost s3]# mc ls jettechminio/ [2021-12-31 14:57:07 CST] 0B bucket1/ [2021-12-31 15:00:47 CST] 0B bucket2/ [2021-12-31 15:13:30 CST] 0B bucket3/ [2021-12-31 16:57:24 CST] 0B bucket4/ [2021-12-31 16:59:21 CST] 0B bucket5/ [root@localhost s3]# mc ls jettechminio/bucket1/b1 [2021-12-31 14:59:41 CST] 5B b1.txt
创建bucket
[root@localhost s3]# mc mb data/bucket6/b6 Bucket created successfully `data/bucket6/b6`. [root@localhost s3]# ls b4.txt data mc minio minio-20211229064906.0.0.x86_64.rpm [root@localhost s3]# ls data/ bucket1 bucket2 bucket3 bucket4 bucket5 bucket6
测试上传一个文件
[root@localhost s3]# mc cp b4.txt data/bucket4/b4 0 B / ? ┃░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░b4.txt: 8 B / 8 B ┃▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓┃ 1.55 KiB/s 0s[root@localhost s3]# [root@localhost s3]# mc ls jettechminio/bucket4/b4 [2021-12-31 17:16:56 CST] 8B b4Shell autocompletionMinIO | MinIO Client Quickstart Guide
In case you are using bash, zsh or fish. Shell completion is embedded by default in mc, to install auto-completion use mc --autocompletion. Restart the shell, mc will auto-complete commands as shown below.
[root@localhost s3]# mc --autocompletion.
[root@localhost s3]# mc纠删码类型是minio在单节点服务器配置多个数据盘作为数据存放目录的配置方式,我这类采用4个目录方式,相当于4个磁盘,官方介绍:分布式Minio至少需要4个硬盘,使用分布式Minio自动引入了纠删码功能admin config diff find ls mirror policy session sql update watch cat cp event head mb pipe rm share stat version
[root@localhost s3]# ls data1 data2 data3 data4高可用 分布式纠删码是minio跨节点配置方式,所有节点的盘位组建纠删码,保证业务数据访问的高可用。
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