分布式文件存储Minio学习入门

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

二、Docker部署单机Minio

1. 参考官方文档：https://min.io/docs/minio/container/index.html
   
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：

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

4. 创建存储桶，并上传文件测试，查看映射磁盘目录的变化。
   
   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。

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。
  
  

使用docker compose部署minio

version: '3.7'# Settings and configurations that are common for all containers
x-minio-common: &minio-commonimage: minio/minio:latestcommand: server --console-address ":9001" http://minio{1...4}/data{1...2}expose:- "9000"- "9001"environment:MINIO_ROOT_USER: minioMINIO_ROOT_PASSWORD: minio123healthcheck:test: ["CMD", "curl", "-f", "http://localhost:9000/minio/health/live"]interval: 30stimeout: 20sretries: 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-commonhostname: minio1volumes:- data1-1:/data1- data1-2:/data2minio2:<<: *minio-commonhostname: minio2volumes:- data2-1:/data1- data2-2:/data2minio3:<<: *minio-commonhostname: minio3volumes:- data3-1:/data1- data3-2:/data2minio4:<<: *minio-commonhostname: minio4volumes:- data4-1:/data1- data4-2:/data2nginx:image: nginx:1.19.2-alpinehostname: nginxvolumes:- ./nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf:roports:- "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;@Beanpublic 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:9000username: adminpwd: admin123bucket: test
server:port: 8888
spring:servlet:multipart:max-file-size: 100MBmax-request-size: 500MB

3. 编写Controller测试类(查询、下载、上传)

@RestController
@Slf4j
public class MinioController {@Autowiredprivate 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);}
}