直观解读 JuiceFS 的数据和元数据设计（一）

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• 1 JuiceFS 高层架构与组件
• 2 搭建极简 JuiceFS 集群
  • 2.1 搭建元数据集群
  • 2.2 搭建对象存储（MinIO）
    • 2.2.1 启动 MinIO server
    • 2.2.2 创建 bucket
  • 2.3 下载 juicefs 客户端
  • 2.4 创建 JuiceFS volume
    • 2.4.1 创建/格式化 volume：juicefs format
    • 2.4.2 查看 MinIO bucket：多了一个 juicefs_uuid 文件
• 3 将 JuiceFS volume 挂载到本地路径
• 4 在 JuiceFS volume 挂载的本地路径内读写
  • 4.1 创建和写入文件
  • 4.2 查看文件属性
  • 4.3 读取和追加文件
  • 4.4 查找文件
  • 4.5 删除文件
  • 4.6 目录操作
  • 4.7 小结
• 5 总结
• 参考资料

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本篇首先快速了解下 JuiceFS 架构和组件，然后将搭建一个极简 JuiceFS 集群， 并以 JuiceFS 用户的身份来体验下它的基本功能。

1 JuiceFS 高层架构与组件

JuiceFS 的高层架构和组件，

Fig. JuiceFS cluster initialization, and how POSIX file operations are handled by JuiceFS.

三大组件：

1. 元数据引擎：存储文件元数据，例如文件名、权限等。JuiceFS 支持多种元数据引擎，比如 TiKV、sqlite、redis 等。
2. 对象存储：存储文件本身。JuiceFS 支持多种对象存储，比如 MinIO、AWS S3、阿里云 OSS 等。
3. JuiceFS 客户端：将 JuiceFS volume 挂载到机器上，提供文件系统视图给用户。

更多架构信息，见 [1]。

2 搭建极简 JuiceFS 集群

接下来搭建一个极简 JuiceFS 环境，方便我们做一些功能测试。 按上一节提到的，只需要搭建以下 3 个组件：

1. 元数据引擎，这里我们用 TiKV；
2. 对象存储，这里我们用 MinIO；
3. JuiceFS 客户端。

2.1 搭建元数据集群

对于功能测试来说，使用哪种元数据引擎都无所谓，比如最简单的 sqlite 或 redis。

不过，本系列第二篇会介绍 TiKV 相关的一些设计，所以本文用的 TiKV 集群作为元数据引擎， 相关的搭建步骤见社区文档。

本篇假设搭建的是三节点的 TiKV 集群，IP 地址分别是 192.168.1.{1,2,3}。

2.2 搭建对象存储（MinIO）

这里我们用 MinIO 搭建一个对象存储服务，主要是空集群方便观察其中的文件变化。

2.2.1 启动 MinIO server

MinIO 是一个兼容 S3 接口的开源对象存储产品，部署非常简单，就一个可执行文件，下载执行就行了。

也可以用容器，一条命令启动：

$ sudo docker run -p 9000:9000 -p 8080:8080 \quay.io/minio/minio server /data --console-address "0.0.0.0:8080"

访问 http://localhost:8080/ 就能看到 MinIO 的管理界面了。默认账号密码都是 minioadmin。

2.2.2 创建 bucket

通过 MinIO 管理界面创建一个 bucket，这里我们命名为 juicefs-bucket，

Fig. MinIO bucket list: an empty bucket.

可以看到现在里面一个对象也没有，已使用空间也是 0 字节。

2.3 下载 juicefs 客户端

从 https://github.com/juicedata/juicefs/releases 下载一个可执行文件就行了，

$ wget https://github.com/juicedata/juicefs/releases/download/v1.2.1/juicefs-1.2.1-linux-amd64.tar.gz
$ tar -xvf juicefs-1.2.1-linux-amd64.tar.gz
$ chmod +x juicefs

2.4 创建 JuiceFS volume

接下来就可以创建一个 JuiceFS volume 了，这里命名为 foo-dev。

2.4.1 创建/格式化 volume：juicefs format

$ juicefs format --storage minio --bucket http://localhost:9000/juicefs-bucket \--access-key minioadmin \--secret-key minioadmin \tikv://192.168.1.1:2379,192.168.1.2:2379,192.168.1.3:2379/foo-dev  \foo-dev<INFO>: Meta address: tikv://192.168.1.1:2379,192.168.1.2:2379,192.168.1.3:2379/foo-dev [interface.go:504]
<INFO>: Data use minio://localhost:9000/juicefs-bucket/foo-dev/ [format.go:528]
<INFO>: Volume is formatted as {"Name": "foo-dev","UUID": "3b4e509b-a7c8-456f-b726-cb8395cf8eb6","Storage": "minio","Bucket": "http://localhost:9000/juicefs-bucket","AccessKey": "minioadmin","SecretKey": "removed","BlockSize": 4096,"UploadLimit": 0,"DownloadLimit": 0,...
}

2.4.2 查看 MinIO bucket：多了一个 juicefs_uuid 文件

再查看 MinIO bucket，会发现多了一个 object，

Fig. MinIO bucket browser: one object was created on a new juicefs volume creation.

点进去，发现是一个叫 juicefs_uuid 的文件，

Fig. MinIO bucket browser: one object was created after juicefs format.

可以把这个文件下载下来，其内容就是上面 juicefs format 命令输出的 uuid 信息，也就是说 juicefs client 会把 volume 的 uuid 上传到对象存储中。

3 将 JuiceFS volume 挂载到本地路径

这么我们将这个 volume 挂载到本地路径 /tmp/foo-dev，

$ ./juicefs mount --debug --backup-meta 0 \tikv://192.168.1.1:2379,192.168.1.2:2379,192.168.1.3:2379/foo-dev /tmp/foo-dev[INFO] [client.go:405] ["[pd] create pd client with endpoints"] [component=tikv] [pid=2881678] [pd-address="[192.168.1.1:2379,192.168.1.2:2379,192.168.1.3:2379]"]
[INFO] [base_client.go:378] ["[pd] switch leader"] [component=tikv] [pid=2881678] [new-leader=https://192.168.1.3:2379] [old-leader=]
[INFO] [base_client.go:105] ["[pd] init cluster id"] [component=tikv] [pid=2881678] [cluster-id=7418858894192002550]
[INFO] [client.go:698] ["[pd] tso dispatcher created"] [component=tikv] [pid=2881678] [dc-location=global]
<INFO>: Data use minio://localhost:9000/juicefs-bucket/foo-dev/ [mount.go:650]
...

进入目录：

$ cd /tmp/foo-dev
$ ls -ahl
-r--------  1 root root    0 Oct 26 10:45 .accesslog
-r--------  1 root root 2.9K Oct 26 10:45 .config
-r--r--r--  1 root root    0 Oct 26 10:45 .stats
dr-xr-xr-x  2 root root    0 Oct 26 10:45 .trash

可以看到几个隐藏文件，

• 这些是 JuiceFS 的元数据文件，在 [1] 系列文章中有过详细介绍。
• 这些都是 volume 本地文件，不会上传到 MinIO。此时，MinIO juicefs-bucket 里面还是只有一个 uuid 文件。

4 在 JuiceFS volume 挂载的本地路径内读写

接下来进行一些 POSIX 操作测试。

4.1 创建和写入文件

创建三个文件，一个只有几十字节（但命名为 file1_1KB）， 一个 5MB，一个 129MB，

$ cd /tmp/foo-dev$ echo "Hello, JuiceFS!" > file1_1KB$ dd if=/dev/zero of=file2_5MB bs=1M count=5
5+0 records in
5+0 records out
5242880 bytes (5.2 MB, 5.0 MiB) copied, 0.0461253 s, 114 MB/s$ dd if=/dev/zero of=file3_129MB bs=1M count=129
129+0 records in
129+0 records out
135266304 bytes (135 MB, 129 MiB) copied, 0.648757 s, 209 MB/s

4.2 查看文件属性

$ ls -ahl file*
-rw-r----- 1 root root   16  file1_1KB
-rw-r----- 1 root root 5.0M  file2_5MB
-rw-r----- 1 root root 129M  file3_129MB$ file file2_5MB
file2_5MB: data

4.3 读取和追加文件

$ cat file1_1KB
Hello, JuiceFS!$ echo "Hello, JuiceFS!" >> file1_1KB
$ cat file1_1KB
Hello, JuiceFS!
Hello, JuiceFS!

4.4 查找文件

$ find /tmp -name file1_1KB
/tmp/foo-dev/file1_1KB

4.5 删除文件

直接用 rm 删除就行了，不过这几个文件我们还有用，先不删。

4.6 目录操作

目录的创建、移动、修改权限、删除等待也是一样的，大家可以自己试试，这里不再赘述。

4.7 小结

根据以上测试，在 JuiceFS 挂载路径里创建/读写/查找/删除文件，都跟本地目录没什么区别 —— 这也正是「分布式“文件系统”」的意义所在 —— 兼容 POSIX 语义，用户无需关心数据存在哪， 当本地目录使用就行了（性能另当别论）。

5 总结

本篇中，我们作为 JuiceFS 用户对它进行了一些最基本的功能测试，结论是和本地文件系统没什么区别。

对于普通用户来说，了解到这一层就够了； 但对于高阶用户以及 JuiceFS 的开发/运维来说，这只是表象，必有第二重境界等着他们。

参考资料

1. JuiceFS 元数据引擎初探：高层架构、引擎选型、读写工作流（2024）