分布式存储的优劣对比

目的

本文通过对比当前主流的几种分布式存储方案(Ceph,TFS,FastDFS,MogileFS,MooseFS,GlusterFS等),让你知道他们的优缺点,便于你根据使用场景选择合适的方案。

系统整体对比

对比说明/文件系统TFSFastDFSMogileFSMooseFSGlusterFSCeph
开发语言C++CPerlCCC++
开源协议GPL V2GPL V3GPLGPL V3GPL V3LGPL
数据存储方式文件/Trunk文件文件/块对象/文件/块
集群节点通信协议私有协议(TCP)私有协议(TCP)HTTP私有协议(TCP)私有协议(TCP)/ RDAM(远程直接访问内存)私有协议(TCP)
专用元数据存储点占用NS占用DB占用MFS占用MDS
在线扩容支持支持支持支持支持支持
冗余备份支持支持-支持支持支持
单点故障存在不存在存在存在不存在存在
跨集群同步支持部分支持--支持不适用
易用性安装复杂,官方文档少安装简单,社区相对活跃-安装简单,官方文档多安装简单,官方文档专业化安装简单,官方文档专业化
适用场景跨集群的小文件单集群的中小文件-单集群的大中文件跨集群云存储单集群的大中小文件

开源协议说明

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GPL:不允许修改后和衍生的代码做为闭源的商业软件发布和销售,修改后该软件产品必须也采用GPL协议;
GPL V2:修改文本的整体就必须按照GPL流通,不仅该修改文本的源码必须向社 会公开,而且对于这种修改文本的流通不准许附加修改者自己作出的限制;
GPL V3:要求用户公布修改的源代码,还要求公布相关硬件;LGPL:更宽松的GPL

TFS

TFS(Taobao File System)是由淘宝开发的一个分布式文件系统,其内部经过特殊的优化处理,适用于海量的小文件存储,目前已经对外开源;

TFS采用自有的文件系统格式存储,因此需要专用的API接口去访问,目前官方提供的客户端版本有:C++/JAVA/PHP。

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  • 特性
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1)在TFS文件系统中,NameServer负责管理文件元数据,通过HA机制实现主备热切换,由于所有元数据都是在内存中,其处理效率非常高效,系统架构也非常简单,管理也很方便;
2)TFS的DataServer作为分部署数据存储节点,同时也具备负载均衡和冗余备份的功能,由于采用自有的文件系统,对小文件会采取合并策略,减少数据碎片,从而提升IO性能;
3)TFS将元数据信息(BlockID、FileID)直接映射至文件名中,这一设计大大降低了存储元数据的内存空间;
  • 优点
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1)针对小文件量身定做,随机IO性能比较高;
2)支持在线扩容机制,增强系统的可扩展性;
3)实现了软RAID,增强系统的并发处理能力及数据容错恢复能力;
4)支持主备热倒换,提升系统的可用性;
5)支持主从集群部署,其中从集群主要提供读/备功能;
  • 缺点
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1)TFS只对小文件做优化,不适合大文件的存储;
2)不支持POSIX通用接口访问,通用性较低;
3)不支持自定义目录结构,及文件权限控制;
4)通过API下载,存在单点的性能瓶颈;
5)官方文档非常少,学习成本高;
  • 应用场景
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1)多集群部署的应用
2)存储后基本不做改动
3)海量小型文件
根据目前官方提供的材料,对单个集群节点,存储节点在1000台以内可以良好工作,如存储节点扩大可能会出现NameServer的性能瓶颈,目前淘宝线上部署容量已达到1800TB规模(2009年数据)

源代码路径http://code.taobao.org/p/tfs/src/

参考

http://rdc.taobao.com/blog/cs/?p=128

http://elf8848.iteye.com/blog/1724423

http://baike.baidu.com/view/1030880.htm

http://blog.yunnotes.net/index.php/install_document_for_tfs/

FastDFS

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FastDFS是国人开发的一款分布式文件系统,目前社区比较活跃。如上图所示系统中存在三种节点:Client、Tracker、Storage,在底层存储上通过逻辑的分组概念,使得通过在同组内配置多个Storage,从而实现软RAID10,提升并发IO的性能、简单负载均衡及数据的冗余备份;同时通过线性的添加新的逻辑存储组,从容实现存储容量的线性扩容。

文件下载上,除了支持通过API方式,目前还提供了apache和nginx的插件支持,同时也可以不使用对应的插件,直接以Web静态资源方式对外提供下载。

目前FastDFS(V4.x)代码量大概6w多行,内部的网络模型使用比较成熟的libevent三方库,具备高并发的处理能力。

  • 特性
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1)在上述介绍中Tracker服务器是整个系统的核心枢纽,其完成了访问调度(负载均衡),监控管理Storage服务器,由此可见Tracker的作用至关重要,也就增加了系统的单点故障,为此FastDFS支持多个备用的Tracker,虽然实际测试发现备用Tracker运行不是非常完美,但还是能保证系统可用。
2)在文件同步上,只有同组的Storage才做同步,由文件所在的源Storage服务器push至其它Storage服务器,目前同步是采用Binlog方式实现,由于目前底层对同步后的文件不做正确性校验,因此这种同步方式仅适用单个集群点的局部内部网络,如果在公网上使用,肯定会出现损坏文件的情况,需要自行添加文件校验机制。
3)支持主从文件,非常适合存在关联关系的图片,在存储方式上,FastDFS在主从文件ID上做取巧,完成了关联关系的存储。
  • 优点
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1)系统无需支持POSIX(可移植操作系统),降低了系统的复杂度,处理效率更高
2)支持在线扩容机制,增强系统的可扩展性
3)实现了软RAID,增强系统的并发处理能力及数据容错恢复能力
4)支持主从文件,支持自定义扩展名
5)主备Tracker服务,增强系统的可用性
  • 缺点
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1)不支持断点续传,对大文件将是噩梦(FastDFS不适合大文件存储)
2)不支持POSIX通用接口访问,通用性较低
3)对跨公网的文件同步,存在较大延迟,需要应用做相应的容错策略
4)同步机制不支持文件正确性校验,降低了系统的可用性
5)通过API下载,存在单点的性能瓶颈
  • 应用场景
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1)单集群部署的应用
2)存储后基本不做改动
3)小中型文件根据
目前官方提供的材料,现有的使用FastDFS系统存储容量已经达到900T,物理机器已经达到100台(50个组)

安装指导_FastDFS

源码路径:https://github.com/happyfish100/fastdfs

MooseFS

MooseFS是一个高可用的故障容错分布式文件系统,它支持通过FUSE方式将文件挂载操作,同时其提供的web管理界面非常方便查看当前的文件存储状态。

  • 特性
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1)从下图中我们可以看到MooseFS文件系统由四部分组成:Managing Server 、Data Server 、Metadata Backup Server 及Client
2)其中所有的元数据都是由Managing Server管理,为了提高整个系统的可用性,Metadata Backup Server记录文件元数据操作日志,用于数据的及时恢复
3)Data Server可以分布式部署,存储的数据是以块的方式分布至各存储节点的,因此提升了系统的整体性能,同时Data Server提供了冗余备份的能力,提升系统的可靠性
4)Client通过FUSE方式挂载,提供了类似POSIX的访问方式,从而降低了Client端的开发难度,增强系统的通用性

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  • 元数据服务器(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
  • 元数据日志服务器(metalogger):负责备份master服务器的变化日志文件,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(chunkserver):数据实际存储的地方,由多个物理服务器组成,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;多节点拷贝;在数据存储目录,看不见实际的数据

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  • 优点
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1)部署安装非常简单,管理方便
2)支持在线扩容机制,增强系统的可扩展性
3)实现了软RAID,增强系统的 并发处理能力及数据容错恢复能力
4)数据恢复比较容易,增强系统的可用性5)有回收站功能,方便业务定制
  • 缺点
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1)存在单点性能瓶颈及单点故障
2)MFS Master节点很消耗内存
3)对于小于64KB的文件,存储利用率较低
  • 应用场景
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1)单集群部署的应用
2)中、大型文件

GlusterFS

GlusterFS是Red Hat旗下的一款开源分布式文件系统,它具备高扩展、高可用及高性能等特性,由于其无元数据服务器的设计,使其真正实现了线性的扩展能力,使存储总容量可 轻松达到PB级别,支持数千客户端并发访问;对跨集群,其强大的Geo-Replication可以实现集群间数据镜像,而且是支持链式复制,这非常适用 于垮集群的应用场景

  • 特性
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1)目前GlusterFS支持FUSE方式挂载,可以通过标准的NFS/SMB/CIFS协议像访问本体文件一样访问文件系统,同时其也支持HTTP/FTP/GlusterFS访问,同时最新版本支持接入Amazon的AWS系统
2)GlusterFS系统通过基于SSH的命令行管理界面,可以远程添加、删除存储节点,也可以监控当前存储节点的使用状态
3)GlusterFS支持集群节点中存储虚拟卷的扩容动态扩容;同时在分布式冗余模式下,具备自愈管理功能,在Geo冗余模式下,文件支持断点续传、异步传输及增量传送等特点

  • 优点
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1)系统支持POSIX(可移植操作系统),支持FUSE挂载通过多种协议访问,通用性比较高
2)支持在线扩容机制,增强系统的可扩展性
3)实现了软RAID,增强系统的 并发处理能力及数据容错恢复能力
4)强大的命令行管理,降低学习、部署成本
5)支持整个集群镜像拷贝,方便根据业务压力,增加集群节点
6)官方资料文档专业化,该文件系统由Red Hat企业级做维护,版本质量有保障
  • 缺点
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1)通用性越强,其跨越的层次就越多,影响其IO处理效率
2)频繁读写下,会产生垃圾文件,占用磁盘空间
  • 应用场景
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1)多集群部署的应用
2)中大型文件根据目前官方提供的材料,现有的使用GlusterFS系统存储容量可轻松达到PB
  • 术语:
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brick:分配到卷上的文件系统块;
client:挂载卷,并对外提供服务;
server:实际文件存储的地方;
subvolume:被转换过的文件系统块;
volume:最终转换后的文件系统卷。

Ceph

Ceph是一个可以按对象/块/文件方式存储的开源分布式文件系统,其设计之初,就将单点故障作为首先要解决的问题,因此该系统具备高可用性、高性能及可 扩展等特点。该文件系统支持目前还处于试验阶段的高性能文件系统BTRFS(B-Tree文件系统),同时支持按OSD方式存储,因此其性能是很卓越的, 因为该系统处于试商用阶段,需谨慎引入到生产环境

  • 特性
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1)Ceph底层存储是基于RADOS(可靠的、自动的分布式对象存储),它提供了LIBRADOS/RADOSGW/RBD/CEPH FS方式访问底层的存储系统,如下图所示
2)通过FUSE,Ceph支持类似的POSIX访问方式;Ceph分布式系统中最关键的MDS节点是可以部署多台,无单点故障的问题,且处理性能大大提升
3)Ceph通过使用CRUSH算法动态完成文件inode number到object number的转换,从而避免再存储文件metadata信息,增强系统的灵活性
  • 优点
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1)支持对象存储(OSD)集群,通过CRUSH算法,完成文件动态定位, 处理效率更高
2)支持通过FUSE方式挂载,降低客户端的开发成本,通用性高
3)支持分布式的MDS/MON,无单点故障
4)强大的容错处理和自愈能力5)支持在线扩容和冗余备份,增强系统的可靠性
  • 缺点
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1)目前处于试验阶段,系统稳定性有待考究
  • 应用场景
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1)全网分布式部署的应用
2)对实时性、可靠性要求比较高官方宣传,存储容量可轻松达到PB级别

源码路径:https://github.com/ceph/ceph

MogileFS

  • 开发语言:perl

  • 开源协议:GPL

  • 依赖数据库

  • Trackers(控制中心):负责读写数据库,作为代理复制storage间同步的数据

  • Database:存储源数据(默认mysql)

  • Storage:文件存储

  • 除了API,可以通过与nginx集成,对外提供下载服务

源码路径:https://github.com/mogilefs

-------------本文结束感谢您的阅读-------------

本文标题:分布式存储的优劣对比

文章作者:WanDouDuoDuo

发布时间:2019年11月04日 - 12:11

最后更新:2019年11月04日 - 12:11

原始链接:https://wandouduoduo.github.io/articles/455d7de6.html

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