MinIO 的分布式部署

Mason技术记录 2020/5/1 7:02:42

高可用分布式对象存储,轻松实现。前言上一篇文章介绍了使用对象存储工具搭建一个优雅、简单、功能完备的静态资源服务,可见其操作简单,功能完备。但由于是单节点部署,难免会出现单点故障,无法做到服务的高可用。已经提供了分布式部署的解决方案,实现

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> 高可用分布式对象存储,MinIO 轻松实现。

1 前言

上一篇文章介绍了使用对象存储工具 MinIO 搭建一个优雅、简单、功能完备的静态资源服务,可见其操作简单,功能完备。但由于是单节点部署,难免会出现单点故障,无法做到服务的高可用。MinIO 已经提供了分布式部署的解决方案,实现高可靠、高可用的资源存储,同样的操作简单,功能完备。本文将对 MinIO 的分布式部署进行描述,主要分以下几个方面:

  • 分布式存储的可靠性

  • MinIO 的分布式的存储机制

  • 分布式部署实践

2 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。

2.1 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。

2.2 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 MinIO存储机制

3.1 概念理解

在部署分布式 MinIO 前,需要对下面的概念进行了解:

  • 硬盘(Drive):即存储数据的磁盘,在 MinIO 启动时,以参数的方式传入。
  • 组( 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。
  • 桶(Bucket):文件对象存储的逻辑位置,对于客户端而言,就相当于一个存放文件的顶层文件夹。

3.2 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。举个最简单例子就是有两个数据(d1, d2),用一个校验和y(d1 + d2 = y)即可保证即使丢失其中一个,依然可以还原数据。如丢失 d1 ,则使用 y - d2 = d1 还原,同理,d2 丢失或者y丢失,均可通过计算得出。

EC 的具体应用实现中, RS(Reed-Solomen)是 EC 的一种更简单快捷的实现,可以通过矩阵运算,还原数据。MinIO 将对象拆分成N/2数据和N/2 校验块 。具体的数学矩阵运算及证明,可以参考文章《Erasure-Code-擦除码-1-原理篇》及《EC纠删码原理》。

3.3 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,文件名称下是 part.1 和 xl.json,前者是编码数据块及检验块,后者是元数据文件。如有4个磁盘,当文件上传后,会有2个编码数据块,2个检验块,分别存储在4个磁盘中。如下图,bg-01.jpg 是上传的文件对象:

存储结构

4 部署实践

4.1 单节点部署多磁盘

在启动 MinIO 时,若传入参数是多个目录,则会以纠删码的形式运行,即具备高可靠性意义。即在一个服务器(单节点)上对,多个磁盘上运行 MinIO。

运行命令也很简单,参数传入多个目录即可:

MINIO_ACCESS_KEY=${ACCESS_KEY} MINIO_SECRET_KEY=${SECRET_KEY} nohup ${MINIO_HOME}/minio server --address "${MINIO_HOST}:${MINIO_PORT}" /opt/min-data1 /opt/min-data2 /opt/min-data3 /opt/min-data4 > ${MINIO_LOGFILE} 2>&1 &

注意替换命令中的变更,运行后输出信息如下:

启动

可见 MinIO 会创建一个1个 set,set 中有4个 drive ,其中它会提示一个警告,提示一个节点的 set 中存在多于2个的drive,如果节点挂掉,则数据都不可用了,这与 EC 码的规则一致。

4.2 多节点部署

4.2.1 部署脚本

为了防止单点故障,分布式存储自然是需要多节点部署,以达到高可靠和高可用的能力。MinIO 对于多节点的部署,也是在启动时通过指定有 Host 和端口的目录地址,即可实现。下面在单台机器上,通过不同的端口模拟在4台机器节点上运行,存储目录依然是 min-data1~4,而对应的端口是9001~9004。脚本如下:

RUNNING_USER=root
MINIO_HOME=/opt/minio
MINIO_HOST=192.168.222.10
#accesskey and secretkey
ACCESS_KEY=minio 
SECRET_KEY=minio123

for i in {01..04}; do
    START_CMD="MINIO_ACCESS_KEY=${ACCESS_KEY} MINIO_SECRET_KEY=${SECRET_KEY} nohup ${MINIO_HOME}/minio  server --address "${MINIO_HOST}:90${i}" http://${MINIO_HOST}:9001/opt/min-data1 http://${MINIO_HOST}:9002/opt/min-data2 http://${MINIO_HOST}:9003/opt/min-data3 http://${MINIO_HOST}:9004/opt/min-data4 > ${MINIO_HOME}/minio-90${i}.log 2>&1 &"
    su - ${RUNNING_USER} -c "${START_CMD}"
done

本示例中,minio 的启动命令运行了4次,相当于在四台机器节点上都分别运行一个minio实例,从而模拟四个节点。运行结果如下:

分布式启动

查看进程ps -ef |grep minio

分布式进程

4.2.2 部署注意点

  • 所有运行分布式 MinIO 的节点需要具有相同的访问密钥和秘密密钥才能连接。建议在执行 MINIO 服务器命令之前,将访问密钥作为环境变量,MINIO access key 和 MINIO secret key 导出到所有节点上 。
  • Minio 创建4到16个驱动器的擦除编码集。
  • Minio 选择最大的 EC 集大小,该集大小除以给定的驱动器总数。 例如,8个驱动器将用作一个大小为8的 EC 集,而不是两个大小为4的 EC 集 。
  • 建议所有运行分布式 MinIO 设置的节点都是同构的,即相同的操作系统、相同数量的磁盘和相同的网络互连 。
  • 运行分布式 MinIO 实例的服务器时间差不应超过15分钟。

运行起来后,使用 http://${MINIO_HOST}:9001http://${MINIO_HOST}:9004 均可以访问到 MinIO 的使用界面。

4.2.3 使用 nginx 负载均衡

前面单独对每个节点进行访问显然不合理,通过使用 nginx 代理,进行负载均衡则很有必要。简单的配置如下:

upstream http_minio {
    server 192.168.222.10:9001;
    server 192.168.222.10:9002;
    server 192.168.222.10:9003;
    server 192.168.222.10:9004;
}

server{
    listen       8888;
    server_name  192.168.222.10;

    ignore_invalid_headers off;
    client_max_body_size 0;
    proxy_buffering off;

    location / {
        proxy_set_header   X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header   X-Forwarded-Host  $host:$server_port;
        proxy_set_header   X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header   X-Forwarded-Proto  $http_x_forwarded_proto;

        proxy_connect_timeout 300;
        proxy_http_version 1.1;
        chunked_transfer_encoding off;
        proxy_ignore_client_abort on;

        proxy_pass http://http_minio;
    }
}

其中主要是 upstream 及 proxy_pass 的配置。如此,即可使用http://${MINIO_HOST}:8888 进行访问。

5 总结

对于分布式存储,高可靠必是首要考虑的因素,MinIO 已经提供了分布式部署的解决方案,实现高可靠、高可用的资源存储。本文对可靠性的实现方法进行描述,探讨了 MinIO 的存储机制,并通过脚本模拟实践 MinIO 的分布式部署,希望对大家有帮助。

参考资料

  • MinIO官网: https://min.io/
  • MinIO开发文档: https://docs.min.io/
  • 基于 Go 开源项目 MIMIO 的对象存储方案在探探的实践:https://mp.weixin.qq.com/s/MzA4ODg0NDkzOA==&mid=2247487119&idx=1&sn=6e09abb32392e015911be3a1d7f066e5&source=41
  • Minio 文件服务(1)—— Minio部署使用及存储机制分析:https://www.jianshu.com/p/3e81b87d5b0b
  • 使用minio搭建高性能对象存储:https://tonybai.com/2020/03/16/build-high-performance-object-storage-with-minio-part1-prototype

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