分布式文件存储Minio学习入门

2023-11-09

一、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。电商图片、视频、网盘文件、社交图片。
分布式文件存储系统Minio与FastDFS的区别。FastDFS文件名是自动生成的。

1. Minio介绍

MinIO是一个开源的对象存储服务。兼容亚马逊S3云存储服务接口。适合存储大量非结构化数据,eg:图片、视频、日志文件、备份数据、容器/虚拟机镜像等,而一个对象文件可以是任意大小,从几K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结合,类似NodeJS、Redis或者MySQL。
中文官方网站:http://minio.org.cn/

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,支持单个对象最大5TB
  • 兼容Amazon S3,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,标准且最高的数据荣誉系数为2(即存储一个1M的数据,实际占用2M),但在任意n/2块disk损坏的情况下依赖可以读出数据(n为一个纠删码集合中的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

2. MinIO的基础概念、

  • Object: 存储到MinIO的基本对象,如文件、字节流等
  • 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。对于客户端来说,相当于一个存放文件的顶层文件夹。(隔离的作用)
  • 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中。
  • 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Dirve分布位置不同。一个对象存储在一个Set上。
    • 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数量固定,默认由系统根据集群规模计算
    • 一个Set中的Drive尽可能分布在不同的节点上。

3. 纠删码ES(Erasure Code)

MinIO使用纠删码机制来保证高可用,使用HighWayHash来处理数据损坏。关于纠删码,简单的说即通过计算,将丢失的数据还原,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m份的数据失败,仍可以通过剩下的数据还原。

4. 存储形式

文件对象上传到Minio,会在对应的数据磁盘中,以Bucket名称为目录,文件名为下一级目录,文件名下为part.1和xl.meta,前者为编码数据块及校验块,后者是元数据文件。

5. 存储方案

在这里插入图片描述

二、Docker部署单机Minio

  1. 参考官方文档:https://min.io/docs/minio/container/index.html
    在这里插入图片描述
  2. 命令启动
    这里我们用的是docker,所以需要将命令换成docker run
λ docker search minio
λ docker pull minio/minio
docker run -p 9000:9000 -p 9090:9090 --name minio -v D:\docker\minio\data:/data -e "MINIO_ROOT_USER=admin" -e "MINIO_ROOT_PASSWORD=admin123" minio/minio server /data --console-address ":9090"
# 下面是多行模式的
docker run -d 	\ 	# 后台启动
	-p 9000:9000  \	# api
	-p 9090:9090  \	# 访问地址
	--name minio 
	-v D:\docker\minio\data:/data  \		#映射数据文件
	-e "MINIO_ROOT_USER=admin"  \		#账号
	-e "MINIO_ROOT_PASSWORD=admin123"  \		#密码
	minio/minio server /data --console-address ":9090"	#指定访问端口9090不变更

启动控制台打印内容:
在这里插入图片描述

  1. 访问:http://localhost:9090/login 账号:admin,密码:admin123

  2. 创建存储桶,并上传文件测试,查看映射磁盘目录的变化。
    在这里插入图片描述
    这里我参考的版本是说单台没有启用纠删码存储的即为源文件,而我这里docker启动的却存储的是

    λ tree
    D:\docker\minio\data
    └─test1
        └─Doc1.docx
            └─f9014ffb-63fd-4f5d-a250-fbccf131f87d
    

三、minio纠删码模式部署

minio使用纠删码(erasure code)与校验和(checksum)来保护数据不受硬件故障和无声数据损坏。即使丢失一半(n/2)数据的硬盘,仍然可以恢复数据。当有一半的磁盘损坏时数据无法上传,必须存在2n+1块才可以。

  1. docker 部署
docker run -p 9000:9000 -p 9090:9090 --name minio -v D:\docker\minio\data1:/data1 -v D:\docker\minio\data2:/data2 -v D:\docker\minio\data3:/data3 -v D:\docker\minio\data4:/data4  -v D:\docker\minio\data5:/data5 -v D:\docker\minio\data6:/data6 -v D:\docker\minio\data7:/data7 -v D:\docker\minio\data8:/data8 -e "MINIO_ROOT_USER=admin" -e "MINIO_ROOT_PASSWORD=admin123" minio/minio server /data{1...8} --console-address ":9090"

docker run -d 	\ 	# 后台启动
	-p 9000:9000  \	# api
	-p 9091:9091  \	# 访问地址
	--name minio 
	-v D:\docker\minio\data1:/data1 \
	-v D:\docker\minio\data2:/data2 \
	-v D:\docker\minio\data3:/data3 \
	-v D:\docker\minio\data4:/data4 \
	-v D:\docker\minio\data5:/data5 \
	-v D:\docker\minio\data6:/data6 \
	-v D:\docker\minio\data7:/data7 \
	-v D:\docker\minio\data8:/data8 \
	-e "MINIO_ROOT_USER=admin"  \		#账号
	-e "MINIO_ROOT_PASSWORD=admin123"  \		#密码
	minio/minio server /data{1...8} --console-address ":9091"	#指定访问端口9090不变更

四、分布式集群部署

分布式minio可以将多块硬盘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

分布式存储可靠性常用方法

分布式存储,关键点在于数据可靠性、完整性、不丢失损坏。只有在可靠的前提下才追求一致性、高可用、高性能。

冗余

冗余即对存储的数据进行备份,当数据丢失、损坏,可以使用副本进行恢复。而备份份数决定了可靠性。可靠性是允许丢失其中一部分数据。当前分布式系统中采用该模式的,eg:Hadoop的文件系统(3个副本)、Redis集群、Mysql主备。

校验

校验即通过校验码的计算方式,对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计算,可以检查数据的完整性,检查数据是否损坏、更改,在数据传输中使用。二是恢复还原,通过对数据结合校验码计算,还原丢失损坏的数据,在保证可靠性的前提下减少冗余。eg:单机硬盘存储的RAID技术、纠删码技术。

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最少需要4个磁盘,使用分布式minio自动引入纠删码。
  • 高可用:单机minio存在单点故障。而如果一个有N块硬盘的分布式minio,只要有n/2块硬盘可用,则数据安全可读。可写需要n/2+1。
  • 一致性:minio在分布式和单机模式下,所有写操作都严格遵守read-after-write一致性。

运行分布式minio

启动一个分布式minio实例,只需要把硬盘位置作为参数传给minio server命令即可,然后在其他节点运行相同命令。

  • 分布式minio所有节点需要同样的access密钥和secret密钥以保证所有节点可以建立连接。新版(MINIO_ROOT_USER、MINIO_ROOT_PASSWORD)
  • 分布式 minio使用磁盘必须干净无数据。
  • 分布式minio节点时间差不得超过3秒,可以使用NTP来保证时间同步。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

使用docker compose部署minio

version: '3.7'

# Settings and configurations that are common for all containers
x-minio-common: &minio-common
  image: minio/minio:latest
  command: server --console-address ":9001" http://minio{1...4}/data{1...2}
  expose:
    - "9000"
    - "9001"
  environment:
    MINIO_ROOT_USER: minio
    MINIO_ROOT_PASSWORD: minio123
  healthcheck:
    test: ["CMD", "curl", "-f", "http://localhost:9000/minio/health/live"]
    interval: 30s
    timeout: 20s
    retries: 3

# starts 4 docker containers running minio server instances.
# using nginx reverse proxy, load balancing, you can access
# it through port 9000.
services:
  minio1:
    <<: *minio-common
    hostname: minio1
    volumes:
      - data1-1:/data1
      - data1-2:/data2

  minio2:
    <<: *minio-common
    hostname: minio2
    volumes:
      - data2-1:/data1
      - data2-2:/data2

  minio3:
    <<: *minio-common
    hostname: minio3
    volumes:
      - data3-1:/data1
      - data3-2:/data2

  minio4:
    <<: *minio-common
    hostname: minio4
    volumes:
      - data4-1:/data1
      - data4-2:/data2

  nginx:
    image: nginx:1.19.2-alpine
    hostname: nginx
    volumes:
      - ./nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf:ro
    ports:
      - "9000:9000"
      - "9001:9001"
    depends_on:
      - minio1
      - minio2
      - minio3
      - minio4

## By default this config uses default local driver,
## For custom volumes replace with volume driver configuration.
volumes:
  data1-1:
  data1-2:
  data2-1:
  data2-2:
  data3-1:
  data3-2:
  data4-1:
  data4-2:

五、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。

ls 			#	列出文件和文件夹。
mb			#	创建一个存储桶或一个文件夹。
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。

http://docs.minio.org.cn/minio/baremetal/reference/minio-cli/minio-mc.html

docker 中使用MC

启动控制台

λ docker pull minio/mc
λ docker run -it --name mc --entrypoint=/bin/sh minio/mc
λ docker start -i mc

配置管理

# 查询mc host配置
mc config host ls
# 添加minio服务
mc config host add minio-server http://172.17.0.3:9090 admin admin123
# 删除host
mc config host remove minio-server

文件管理

# 上传下载
mc cp 源文件地址 目标地址
mc rm 文件地址

Bucket管理

# 创建桶
mc mb hostname / bucketName
eg:mc mb minio-server /bucket01
# 删除桶 --force表示强制删除
mc rb hostname  /bucketName
eg:mc rb --force minio-server /bucket02

admin管理

service		# 服务重启并停止所有MinIO服务器
update		# 更新所有MinIO服务器
info		# 显示MinIO服务器信息
user		# 管理用户
group		# 管理小组
policy		# MinIO服务器中定义的策略管理
config		# MinIO服务器配置管理
heal		# 修复MinIO服务器上的磁盘,存储桶和对象
profile		# 生成概要文件数据以进行调试
top			# 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
prometheus		# Prometheus管理Prometheus配置
kms				# kms执行KMS管理操作

六、Minio整合SpringBoot

1. 编写MinioConfig类

@Data
@Configuration
@ConfigurationProperties(prefix = "minio")
public class MinioConfig {
    private String url;
    private String username;
    private String pwd;

    @Bean
    public MinioClient getMinioClient() {
        MinioClient minioClient = MinioClient.builder().endpoint(this.getUrl())
                .credentials(this.getUsername(), this.getPwd())
                .build();
        return minioClient;
    }
}

2. 编写application.yml

minio:
  url: http://localhost:9000
  username: admin
  pwd: admin123
  bucket: test
server:
  port: 8888
spring:
  servlet:
    multipart:
      max-file-size: 100MB
      max-request-size: 500MB

3. 编写Controller测试类(查询、下载、上传)

@RestController
@Slf4j
public class MinioController {
    @Autowired
    private MinioClient minioClient;

    @Value("${minio.bucket}")
    private String bucketName;

    @GetMapping("/list")
    public List<Object> list() throws Exception {
        Iterable<Result<Item>> results = minioClient.listObjects(ListObjectsArgs.builder()
                .bucket(bucketName).build());
        ArrayList<Object> list = new ArrayList<>();
        Iterator<Result<Item>> iterator = results.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Item item = iterator.next().get();
            list.add(JSONUtil.parse(this.format(item.objectName(), item.size())));
        }
        return list;
    }

    @GetMapping("/download/{fileName}")
    public void download(HttpServletResponse resp, @PathVariable("fileName") String fileName) throws Exception {
        StatObjectResponse stat = minioClient.statObject(StatObjectArgs.builder()
                .bucket(bucketName).object(fileName).build());
        resp.setContentType(stat.contentType());
        resp.setHeader("Content-Disposition", "attachment;filename=" + URLEncoder.encode(fileName, "UTF-8"));
        GetObjectResponse object = minioClient.getObject(GetObjectArgs.builder()
                .bucket(bucketName).object(fileName).build());
        IOUtils.copy(object, resp.getOutputStream());
    }

    @GetMapping("/delete/{fileName}")
    public String delete(@PathVariable("fileName") String fileName) {
        try {
            minioClient.removeObject(RemoveObjectArgs.builder().bucket(bucketName).object(fileName).build());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return "删除失败!" + e.getMessage();
        }
        return "删除成功!";
    }

    @GetMapping("/upload")
    public String upload(MultipartFile[] files) throws IOException {
        if (files == null || files.length == 0) {
            return "上传文件不能为空!";
        }
        InputStream ins = null;
        try {
            ArrayList<String> fileNames = new ArrayList<>(files.length);
            for (MultipartFile file : files) {
                String filename = file.getOriginalFilename();
                fileNames.add(filename);
                ins = file.getInputStream();
                ObjectWriteResponse response = minioClient.putObject(PutObjectArgs.builder()
                        .bucket(bucketName).object(filename)
                        .stream(ins, file.getSize(), -1)
                        .contentType(file.getContentType())
                        .build());
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return "上传失败!" + e.getMessage();
        } finally {
            if (ins != null) {
                ins.close();
            }
        }
        return "上传成功!";
    }

    private String format(String objectName, long size) {
        return String.format("{'fileName':'%s','fileSize':'%d'}", objectName, size);
    }
}
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