分布式文件系统MFS(moosefs)实现存储共享
 
由于用户数量的不断攀升,我对访问量大的应用实现了可扩展、高可靠的集群部署(即lvs+keepalived的方式),但仍然有用户反馈访问慢的问题。通过排查个服务器的情况,发现问题的根源在于共享存储服务器NFS。在我这个网络环境里,N个服务器通过nfs方式共享一个服务器的存储空间,使得NFS服务器不堪重负。察看系统日志,全是nfs服务超时之类的报错。一般情况下,当nfs客户端数目较小的时候,NFS性能不会出现问题;一旦NFS服务器数目过多,并且是那种读写都比较频繁的操作,所得到的结果就不是我们所期待的。下面是某个集群使用nfs共享的示意图:
这种架构除了性能问题而外,还存在单点故障,一旦这个NFS服务器发生故障,所有靠共享提供数据的应用就不再可用,尽管用rsync方式同步数据到另外一个服务器上做nfs服务的备份,但这对提高整个系统的性能毫无帮助。基于这样一种需求,我们需要对nfs服务器进行优化或采取别的解决方案,然而优化并不能对应对日益增多的客户端的性能要求,因此唯一的选择只能是采取别的解决方案了;通过调研,分布式文件系统是一个比较合适的选择。采用分布式文件系统后,服务器之间的数据访问不再是一对多的关系(1NFS服务器,多个NFS客户端),而是多对多的关系,这样一来,性能大幅提升毫无问题。
 
到目前为止,有数十种以上的分布式文件系统解决方案可供选择,如lustre,hadoop,Pnfs等等。我尝试了PVFS,hadoop,moosefs这三种应用,参看了lustreKFS等诸多技术实施方法,最后我选择了moosefs(以下简称MFS)这种分布式文件系统来作为我的共享存储服务器。为什么要选它呢?我来说说我的一些看法:
1、  实施起来简单。MFS的安装、部署、配置相对于其他几种工具来说,要简单和容易得多。看看lustre 700多页的pdf文档,让人头昏吧。
2、  不停服务扩容。MFS框架做好后,随时增加服务器扩充容量;扩充和减少容量皆不会影响现有的服务。注:hadoop也实现了这个功能。
3、  恢复服务容易。除了MFS本身具备高可用特性外,手动恢复服务也是非常快捷的,原因参照第1条。
4、  我在实验过程中得到作者的帮助,这让我很是感激。
MFS文件系统的组成
1、  元数据服务器。在整个体系中负责管理管理文件系统,目前MFS只支持一个元数据服务器master,这是一个单点故障,需要一个性能稳定的服务器来充当。希望今后MFS能支持多个master服务器,进一步提高系统的可靠性。
2、  数据存储服务器chunkserver。真正存储用户数据的服务器。存储文件时,首先把文件分成块,然后这些块在数据服务器chunkserver之间复制(复制份数可以手工指定,建议设置副本数为3)。数据服务器可以是多个,并且数量越多,可使用的“磁盘空间”越大,可靠性也越高。
3、  客户端。使用MFS文件系统来存储和访问的主机称为MFS的客户端,成功挂接MFS文件系统以后,就可以像以前使用NFS一样共享这个虚拟性的存储了。
 
元数据服务器安装和配置
元数据服务器可以是linux,也可以是unix,你可以根据自己的使用习惯选择操作系统,在我的环境里,我是用freebsd做为MFS元数据的运行平台。GNU源码,在各种类unix平台的安装都基本一致。
 
(一)   安装元数据服务
2、解包 tar zxvf mfs-1.5.12.tar.gz
3、切换目录 cd mfs-1.5.12
4、创建用户 useradd mfs –s /sbin/nologin 
5、配置 ./configure --prefix=/usr/local/mfs --with-default-user=mfs --with-default-group=mfs
6、编译安装 make ; make install
 
(二)   配置元数据服务
元数据服务器的配置文件是mfsmaster.cfg,我在安装MFS时指定了前缀,因此这个文件的位置在/usr/local/mfs/etc/mfsmaster.cfg.我们打开这个配置文件,看看都有哪些内容:
尽管每行都被注释掉了,但它们却是配置文件的默认值,要改变这些值,需要取消注释,然后明确指定其取值。接下来说明一下其中一些项目的含义。
     LOCK_FILE = /var/run/mfs/mfsmaster.pid 文件锁所在的位置,它的功能是避免启动多次启动同一个守护进程。由于系统中本来不存在目录 /var/run/mfs,因此需要手动创建 mkdir /var/run/mfs,然后更改其属主 chown –R mfs:mfs /var/run/mfs 这样MFS 服务就能对这个目录有创建/写入 mfsmaster.pid 文件的权限了。
     DATA_PATH = /usr/local/mfs/var/mfs 数据存放路径,只元数据的存放路径。那么这些数据都包括哪些呢?进目录看看,大致分3种类型的文件:
这些文件也同样要存储在其他数据存储服务器的相关目录。
     MATOCS_LISTEN_PORT = 9420 MATOCS--master to chunkserver,即元数据服务器使用9420这个监听端口来接受数据存储服务器chunkserver端的连接。
     MATOCU_LISTEN_PORT = 9421 元数据服务器在9421端口监听,用以接受客户端对MFS进行远程挂接(客户端以mfsmount挂接MFS
     其他部分看字面意思都不难理解。还有几个与时间有关的数值,其单位是秒。
这个配置文件,不必做修改就能工作了。
 
(一)   元数据服务器master启动
元数据服务器可以单独启动,即使没有任何数据存储服务器(chunkserver)也是能正常工作的,因此当我们安装配置完MFS后,即可启动它。执行命令 /usr/local/mfs/sbin/mfsmaster start ,如果没有意外,元数据库服务器就应该作为一个守护进程运行起来。现在我们可以通过3个方面来检查一下MFS master的运行状况:
(四)、关闭元数据服务器
关闭元数据服务器,务必使用 /usr/local/mfs/sbin/mfsmaster –s 这种方式,如果直接使用kill杀死进程,将导致下次启动时出现找不到相关文件,而不能正常启动服务器。这个一定要谨慎。当然,如果发生了这个事情,还是可以通过 mfsmetastore 来恢复的。
 
数据存储chunkserver服务器的安装配置
数据存储服务器chunkserver也是可以运行在各种类unix平台的,因此不再多说。一个MFS环境到底能集群多少服务器,作者的说法是上PB容量,个人建议,最好3台以上;并且专门用来做存储,不要把它跟master搞到一个机器(理论上没问题,实现也是可以的,但这不是一个好策略)。因为每个数据存储服务器的安装和配置都是相同的,所以只需按照一个服务器的操作就可以了。
 
(一)、安装数据存储服务器 chunkserver
2、解包 tar zxvf mfs-1.5.12.tar.gz
3、切换目录 cd mfs-1.5.12
4、创建用户 useradd mfs –s /sbin/nologin 
5、配置 ./configure --prefix=/usr/local/mfs --with-default-user=mfs --with-default-group=mfs
6、编译安装 make ; make install
 
(二)配置数据存储服务器chunkserver
数据存储服务器有2个配置服务器需要修改,一个是主配置文件 mfschunkserver.cfg ,另一个配置文件是 mfshdd.cfg。每个服务器用来分配给 MFS使用的空间最好是一个单独的硬盘或者一个raid卷,最低要求是一个分区。作者举的例子是创建一个大文件,然后挂接在本地,这不好,只能用来做实验了。
1、修改配置文件 /usr/local/mfs/etc/mfschunkserver.cfg。下面是修改了的配置文件:
 
 
这个配置文件里,没有注释符号“#”就是被修改过的项了,接下来是里面某些项的含义说明:
     MASTER_HOST = 192.168.0.19 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,只要数据存储服务器能访问到元数据服务器就行。
     LOCK_FILE = /var/run/mfs/mfschunkserver.pid 与元数据服务器master的处理完全相同.
     CSSERV_LISTEN_PORT = 9422 CSSERV—chunkserver,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。
     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。
2、修改配置文件/usr/local/mfs/etc/mfshdd.cfg。在我的服务器上,只有一个1TSATA硬盘,分了一个800G容量的分区来做为MFS存储服务的组成部分。为了使mfs拥有写目录的权限,需要修改目录的属主。我的服务器的分区挂接点是 /data , chown –R mfs:mfs /data 把属主改变。因为我的每个服务器只需贡献一个分区做为MFS,因此配置文件只需要如下一行内容就可以了:
(四)   关闭数据存储服务器
跟元数据服务器master相似,执行命令 /usr/local/mfs/sbin/mfschunkserver –s , chunkserver服务就停下来了。为了使系统重启过程能自动启动chunkserver 服务,可以通过在/etc/rc.local文件追加行  /usr/local/mfs/sbin/mfschunkserver start 来达到这个目的(master的自动重启处理也可同样处理)。