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：

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://${MINIO_HOST}:9001 到http://${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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