分布式文件存储系统Minio实战

分布式文件系统应用场景

  • 互联网海量非结构化数据的存储需求
  • 电商网站:海量商品图片
  • 视频网站:海量视频文件
  • 网盘 : 海量文件
  • 社交网站:海量图片

1. Minio介绍

  • MinIO 是一个基于Apache License v2.0开源协议的对象存储服务。它兼容亚马逊S3云存储服务接口,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是一个非常轻量的服务,可以很简单的和其他应用的结合,类似 NodeJS, Redis 或者 MySQL。

官网地址 中文官网地址

  • 对象存储服务(Object Storage Service,OSS)是一种海量、安全、低成本、高可靠的云存储服务,适合存放任意类型的文件。容量和处理能力弹性扩展,多种存储类型供选择,全面优化存储成本。

  • 对于中小型企业,如果不选择存储在云,那么 Minio 是个不错的选择,麻雀虽小,五脏俱全。当然Minio 除了直接作为对象存储使用,还可以作为云上对象存储服务的网关层,无缝对接到 Amazon S3、MicroSoft Azure。

  • 在中国:阿里巴巴、腾讯、百度、中国联通、华为、中国移动等等9000多家企业也都在使用MinIO产品。

2. Minio优点

  • 部署简单: 一个single二进制文件即是一切,还可支持各种平台。

  • minio支持海量存储,可按zone扩展(原zone不受任何影响),支持单个对象最大5TB;

  • 兼容Amazon S3接口,充分考虑开发人员的需求和体验;

  • 低冗余且磁盘损坏高容忍,标准且最高的数据冗余系数为2(即存储一个1M的数据对象,实际占用
    磁盘空间为2M)。但在任意n/2块disk损坏的情况下依然可以读出数据(n为一个纠删码集合(Erasure Coding Set)中的disk数量)。并且这种损坏恢复是基于单个对象的,而不是基于整个存储卷的。

  • 读写性能优异
    在这里插入图片描述

2. MiNiO的基础概念

  • Object:存储到 Minio 的基本对象,如文件、字节流,Anything…
  • Bucket:用来存储 Object 的逻辑空间。每个 Bucket 之间的数据是相互隔离的。对于客户端而言,就相当于一个存放文件的顶层文件夹
  • Drive:即存储数据的磁盘,在 MinIO 启动时,以参数的方式传入。Minio 中所有的对象数据都会存储在 Drive 里。
  • Set :即一组 Drive 的集合,分布式部署根据集群规模自动划分一个或多个 Set ,每个 Set 中的Drive 分布在不同位置。一个对象存储在一个 Set 上。(For example: {1…64} is divided into 4 sets each of size 16.)
  • 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
  • 一个SET中的Drive尽可能分布在不同的节点上

3. 纠删码EC(Erasure Code)

  • MinIO 使用纠删码机制来保证高可靠性,使用 highwayhash 来处理数据损坏( Bit Rot Protection )。
  • 关于纠删码,简单来说就是可以通过数学计算,把丢失的数据进行还原,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。

4. 存储形式:

  • 文件对象上传到 MinIO ,会在对应的数据存储磁盘中,以 Bucket 名称为目录,文件名称为下一级目录,文件名下是 part.1 和 xl.meta(老版本,最新版本如下图),前者是编码数据块及检验块,后者是元数据文件。
    在这里插入图片描述

5. 存储方案

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Minio环境搭建

  • 官方文档
  • 中文文档(没有及时更新,容易被坑。)
  • minio支持多种server启动模式:
    在这里插入图片描述

1. 单机部署

  • minio serverstandalone模式,即要管理的磁盘都在host本地。该启动模式一般仅用于实验环境、测试环境的验证和学习使用。在standalone模式下,还可以分为non-erasure code mode和erasure code mode。
  1. non-erasure code mode
    在此启动模式下,对于每一份对象数据,minio直接在data下面存储这份数据,不会建立副本,也不会启用纠删码机制。因此,这种模式无论是服务实例还是磁盘都是“单点”,无任何高可用保障,磁盘损坏就表示数据丢失。
  2. erasure code mode
    此模式为minio server实例传入多个本地磁盘参数。一旦遇到多于一个磁盘参数,minio server会自动启用erasure code modeerasure code对磁盘的个数是有要求的,如不满足要求,实例启动将失败。erasure code启用后,要求传给minio serverendpoint(standalone模式下,即本地磁盘上的目录)至少为4个。
  • 基于centos7
操作系统CPU架构地址
GNU/Linux64-bit Intelhttp://dl.minio.org.cn/server/minio/release/linux-amd64/minio
cd  /usr/local/soft/
#下载minio二进制文件
wget  http://dl.minio.org.cn/server/minio/release/linux-amd64/minio
#添加执行权限
chmod +x minio
#启动minio server服务,指定数据存储目录/data/minio
mkdir -p /data/minio
./minio server /data/minio

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1.1. 默认用户名密码minioadmin:minioadmin,修改默认用户名密码可以使用:

export MINIO_ROOT_USER=admin    ---指定用户名
export MINIO_ROOT_PASSWORD=admin1234    --指定用户名密码
#启动minio
./minio server /data/minio

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1.2. 默认的配置目录是${HOME}/.minio,可以通过–config-dir命令自定义配置目录:

 ./minio server --config-dir /data/minio/config  /data/minio/

1.3. 修改api端口号和web端口号启动

./minio server --address ":7810"  --console-address ":7811"  /data/minio/
#如果想后台运行可以用下面命令:
nohup  ./minio server --address ":7810"  --console-address ":7811"  /data/minio/ > /data/minio/minio.log  &--address    ----指定api端口号
--console-address   ----指定web端口号

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1.4. 访问minio的web界面: http://192.168.2.10:7811

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  • 登录进入如下:
    在这里插入图片描述

2. 基于docker部署minio

docker run -itd --name=minio -p 7810:7810 -p 7811:7811 \
-e "MINIO_ROOT_USER=admin" \
-e "MINIO_ROOT_PASSWORD=admin1234"  \
-v /data/minio:/data/  \
-v /data/minio/config:/root/.minio/  \
minio/minio:latest  server  --address ":7810"  --console-address ":7811" /data#参数解释
docker run 命令中使用的各个参数的详细解释:-itd:以交互式、终端和后台运行的方式启动容器。--name=minio:给容器指定一个名称,这里将容器命名为 minio。-p 7810:7810 -p 7811:7811:将容器的 78107811 端口映射到主机的同样端口,这样可以通过主机的这两个端口访问 MinIO。-e "MINIO_ROOT_USER=admin":设置 MinIO 的根用户(管理员)的用户名为 admin。-e "MINIO_ROOT_PASSWORD=admin1234":设置 MinIO 的根用户(管理员)的密码为 admin1234。-v /data/minio:/data/:将主机的 /data/minio 目录挂载到容器内部的 /data 目录,用于持久化存储 MinIO 的数据。可以根据实际需求修改主机上的目录路径。-v /data/minio/config:/root/.minio/:将主机的 /data/minio/config 目录挂载到容器内部的 /root/.minio/ 目录,用于持久化存储 MinIO 的配置文件。可以根据实际需求修改主机上的目录路径。minio/minio:latest:指定要使用的 MinIO Docker 镜像server --address ":7810" --console-address ":7811" /data:在容器启动后,运行 MinIO 的 server 模式,并将 /data 目录作为数据存储路径。--address 参数指定 MinIO API端口,这里使用的是主机的 7810 端口;--console-address 参数指定 MinIO的web端口,这里使用的是主机的 7811 端口

2.1. 访问测试:

在这里插入图片描述

2.2 minio纠删码模式

  • Minio使用纠删码 erasure code 和校验和 checksum 来保护数据免受硬件故障和无声数据损坏。 即便您丢失一半数量(N/2)的硬盘,您仍然可以恢复数据。
  • 纠删码是一种恢复丢失和损坏数据的数学算法, 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,你可以丢失任意6块盘(不管其是存放的数据块还是奇偶校验块),你仍可以从剩下的盘中的数据进行恢复。

在这里插入图片描述

docker run -itd -p 7810:7810 -p 7811:7811 --name minio \
-e "MINIO_ROOT_USER=admin" \
-e "MINIO_ROOT_PASSWORD=admin1234"  \
-v /data/minio1:/data1 \
-v /data/minio2:/data2 \
-v /data/minio3:/data3 \
-v /data/minio4:/data4 \
-v /data/minio5:/data5 \
-v /data/minio6:/data6 \
-v /data/minio7:/data7 \
-v /data/minio8:/data8 \
minio/minio:latest server /data{1...8} --address ":7810" --console-address ":7811"

3. 分布式集群部署:

  • 分布式Minio可以让你将多块硬盘(甚至在不同的机器上)组成一个对象存储服务。由于硬盘分布在不同的节点上,分布式Minio避免了单点故障。

在这里插入图片描述

3.1. 分布式存储可靠性常用方法

  • 分布式存储,很关键的点在于数据的可靠性,即保证数据的完整,不丢失,不损坏。只有在可靠性实现的前提下,才有了追求一致性、高可用、高性能的基础。而对于在存储领域,一般对于保证数据可靠性的方法主要有两类,一类是冗余法,一类是校验法。

    1. 冗余:冗余法最简单直接,即对存储的数据进行副本备份,当数据出现丢失,损坏,即可使用备份内容进行恢复,而副本 备份的多少,决定了数据可靠性的高低。这其中会有成本的考量,副本数据越多,数据越可靠,但需要的设备就越多,成本就越高。可靠性是允许丢失其中一份数据。当前已有很多分布式系统是采用此种方式实现,如 Hadoop 的文件系统(3个副本),Redis 的集群,MySQL 的主备模式等。
    2. 校验:校验法即通过校验码的数学计算的方式,对出现丢失、损坏的数据进行校验、还原。注意,这里有两个作用,一个校验,通过对数据进行校验和( checksum )进行计算,可以检查数据是否完整,有无损坏或更改,在数据传输和保存时经常用到,如 TCP 协议;二是恢复还原,通过对数据结合校验码,通过数学计算,还原丢失或损坏的数据,可以在保证数据可靠的前提下,降低冗余,如单机硬盘存储中的 RAID技术,纠删码(Erasure Code)技术等。MinIO 采用的就是纠删码技术。

3.2. 分布式Minio优势

  • 数据保护
  • 分布式Minio采用 纠删码来防范多个节点宕机和位衰减 bit rot
  • 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。
  • 高可用
  • 单机Minio服务存在单点故障,相反,如果是一个有N块硬盘的分布式Minio,只要有N/2硬盘在线,你的数据就是安全的。不过你需要至少有N/2+1个硬盘来创建新的对象。
  • 例如,一个16节点的Minio集群,每个节点16块硬盘,就算8台服務器宕机,这个集群仍然是可读的,不过你需要9台服務器才能写数据。
  • 一致性
  • Minio在分布式和单机模式下,所有读写操作都严格遵守read-after-write一致性模型。

3.3. 运行分布式Minio

  • 启动一个分布式Minio实例,你只需要把硬盘位置做为参数传给minio server命令即可,然后,你需要在所有其它节点运行同样的命令。

    1. 分布式Minio里所有的节点需要有同样的access秘钥和secret秘钥,这样这些节点才能建立联接。为了实现这个,你需要在执行minio server命令之前,先将access秘钥和secret秘钥export成环境变量。新版本使用MINIO_ROOT_USER&MINIO_ROOT_PASSWORD。
    2. 分布式Minio使用的磁盘里必须是干净的,里面没有数据。
    3. 在分布式部署中,建议最少使用4个节点,以确保数据的冗余性和可靠性
    4. 下面示例里的IP仅供示例参考,你需要改成你真实用到的IP和文件夹路径。
    5. 分布式Minio里的节点时间差不能超过3秒,你可以使用NTP 来保证时间一致。
    6. 在Windows下运行分布式Minio处于实验阶段,请悠着点使用。

3.4. 8个节点,每节点1块盘

  • 启动分布式Minio实例,8个节点,每节点1块盘,需要在8个节点上都运行下面的命令:
export MINIO_ROOT_USER=admin
export MINIO_ROOT_PASSWORD=admin1234
minio server http://192.168.1.11/export1 http://192.168.1.12/export2 \
http://192.168.1.13/export3 http://192.168.1.14/export4 \
http://192.168.1.15/export5 http://192.168.1.16/export6 \
http://192.168.1.17/export7 http://192.168.1.18/export8

在这里插入图片描述

3.5. 4节点,每节点4块盘

  • 启动分布式Minio实例,4节点,每节点4块盘,需要在4个节点上都运行下面的命令
export MINIO_ROOT_USER=admin
export MINIO_ROOT_PASSWORD=admin1234
minio server http://192.168.1.11/export1 http://192.168.1.11/export2 \
http://192.168.1.11/export3 http://192.168.1.11/export4 \
http://192.168.1.12/export1 http://192.168.1.12/export2 \
http://192.168.1.12/export3 http://192.168.1.12/export4 \
http://192.168.1.13/export1 http://192.168.1.13/export2 \
http://192.168.1.13/export3 http://192.168.1.13/export4 \
http://192.168.1.14/export1 http://192.168.1.14/export2 \
http://192.168.1.14/export3 http://192.168.1.14/export4

在这里插入图片描述

3.6. 测试上传:

在这里插入图片描述

3.7. 存储结构

[root@localhost minio]# tree
.
└── yangshuang└── Notepad_downloader.8.5.3.exe├── 973c3b87-ca52-4520-9bb1-f64db88308d2│   └── part.1└── xl.meta

Minio客户端使用

  • MinIO Client (mc)为ls,cat,cp,mirror,diff,find等UNIX命令提供了一种替代方案。它支持文件系统和兼容Amazon S3的云存储服务(AWS Signature v2和v4)。

1. 部署客户端mc

平台CPU架构URL
GNU/Linux64-bit Intelhttp://dl.minio.org.cn/client/mc/release/linux-amd64/mc
wget -P /usr/local/sbin/  http://dl.minio.org.cn/client/mc/release/linux-amd64/mc
#添加权限:
chmod +x /usr/local/sbin/mc

2. 配置mc

  • mc 将所有的配置信息都存储在 ~/.mc/config.json 文件中
#查询mc host配置
mc config host ls
#添加minio服务
mc config host add minio-server http://192.168.2.20:9000 admin admin1234
Added `minio-server` successfully.# 删除host
mc config host remove minio-server

3. mc 命令使用

参数说明
ls列出存储桶和对象
mb创建存储桶
cat显示文件和对象内容。
pipe将一个STDIN重定向到一个对象或者文件或者STDOUT。
share生成用于共享的URL。
cp拷贝文件和对象。
mirror给存储桶和文件夹做镜像。
find基于参数查找文件。
diff对两个文件夹或者存储桶比较差异。
rm删除文件和对象。
events管理对象通知。
watch监视文件和对象的事件。
policy管理访问策略。
config管理mc配置文件。
update检查软件更新。
version输出版本信息。

3.1. 上传下载

# 查询minio服务上的所有buckets(文件和文件夹)
mc ls minio-server
# 下载文件
mc cp minio-server/tulingmall/fox/fox.jpg /tmp/
#删除文件
mc rm minio-server/tulingmall/fox/fox.jpg
#上传文件
mc cp zookeeper.out minio-server/tulingmall/

3.2. Bucket管理

# 创建bucket
mc mb minio-server/bucket01
# 删除bucket
mc rb minio-server/bucket02
# bucket不为空,可以强制删除 慎用
mc rb --force minio-server/bucket01#查询bucket03磁盘使用情况
mc du minio-server/bucket03

4. mc admin使用

  • MinIO Client(mc)提供了“ admin”子命令来对您的MinIO部署执行管理任务。
参数说明
service服务重启并停止所有MinIO服务器
update更新更新所有MinIO服务器
info信息显示MinIO服务器信息
user用户管理用户
group小组管理小组
policyMinIO服务器中定义的策略管理策略
config配置管理MinIO服务器配置
heal修复MinIO服务器上的磁盘,存储桶和对象
profile概要文件生成概要文件数据以进行调试
top顶部提供MinIO的顶部统计信息
trace跟踪显示MinIO服务器的http跟踪
console控制台显示MinIO服务器的控制台日志
prometheusPrometheus管理Prometheus配置
kmskms执行KMS管理操作

4.1. 用户管理

mc admin user --help
#新建用户
mc admin user add minio-server fox
mc admin user add minio-server fox02 12345678
#查看用户
mc admin user list minio-server
#禁用用户
mc admin user disable minio-server fox02
#启用用户
mc admin user disable minio-server fox02
#查看用户信息
mc admin user info minio-server fox
#删除用户
mc admin user remove minio-server fox02

4.2. 策略管理

  • policy命令,用于添加,删除,列出策略,获取有关策略的信息并为MinIO服务器上的用户设置策略。
mc admin policy --help
#列出MinIO上的所有固定策略
mc admin policy list minio-server
# 查看plicy信息
mc admin policy info minio-server readwrite

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