FUSE基础上的POSIX API

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Alluxio-FUSE可以在一台Unix机器上的本地文件系统中挂载一个Alluxio分布式文件系统。通过使用该特性,一些标准的命令行工具(例如lscat以及echo)可以直接访问Alluxio分布式文件系统中的数据。此外更重要的是用不同语言实现的应用程序如C, C++, Python, Ruby, Perl, Java都可以通过标准的POSIX接口(例如open, write, read)来读写Alluxio,而不需要任何Alluxio的客户端整合与设置。

Alluxio-FUSE是基于FUSE这个项目,并且都支持大多数的文件系统操作。但是由于Alluxio固有的属性,例如它的一次写不可改变的文件数据模型,该挂载的文件系统与POSIX标准不完全一致,尚有一定的局限性。因此,请先阅读局限性,从而了解该特性的作用以及局限。

安装要求

  • JDK 1.8及以上
  • Linux系统上libfuse 2.9.3及以上 (2.8.3也能够工作,但会提示一些警告)
  • MAC系统上osxfuse 3.7.1及以上

用法

挂载Alluxio-FUSE

在完成配置以及启动Alluxio集群后,在需要挂载Alluxio的节点上启动Shell并进入$ALLUXIO_HOME目录,再运行

$ integration/fuse/bin/alluxio-fuse mount mount_point [alluxio_path]

该命令会启动一个后台java进程,用于将对应的Alluxio路径挂载到<mount_point>指定的路径。比如,以下这个命令将Alluxio路径/people挂载到本地文件系统的/mnt/people目录下。

$ integration/fuse/bin/alluxio-fuse mount /mnt/people /people
Starting alluxio-fuse on local host.
Alluxio-fuse mounted at /mnt/people. See /lib/alluxio/logs/fuse.log for logs

alluxio_path没有给定时,Alluxio-FUSE会默认挂载到Alluxio根目录下(/)。注意<mount_point>必须是本地文件系统中的一个空文件夹,并且启动Alluxio-FUSE进程的用户拥有该挂载点及对其的读写权限。你可以多次调用该命令来将Alluxio挂载到不同的本地目录下。所有的Alluxio-FUSE会共享$ALLUXIO_HOME\logs\fuse.log这个日志文件。这个日志文件对于错误排查很有帮助。

卸载Alluxio-FUSE

要卸载Alluxio-FUSE时,在该节点上启动Shell并进入$ALLUXIO_HOME目录,再运行:

$ integration/fuse/bin/alluxio-fuse umount mount_point

该命令将终止alluxio-fuse java后台进程,并卸载该文件系统。例如:

$ integration/fuse/bin/alluxio-fuse umount /mnt/people
Unmount fuse at /mnt/people (PID: 97626).

默认情况下,如果有任何读写操作未完成,unmount 操作会等待最多 120s 。如果 120s 后读写操作仍未完成,那么 Fuse 进程会被强行结束,这会导致正在读写的文件失败,你可以添加 -s 参数来避免 Fuse 进程被强行结束。例如:

$ ${ALLUXIO_HOME}/integration/fuse/bin/alluxio-fuse unmount -s /mnt/people

检查Alluxio-FUSE是否在运行

要罗列所有的挂载点,在该节点上启动Shell并进入$ALLUXIO_HOME目录,再运行:

$ integration/fuse/bin/alluxio-fuse stat

改命令会输出包括pid, mount_point, alluxio_path在内的信息.

例如输出可以是一下格式:

$ pid	mount_point	alluxio_path
80846	/mnt/people	/people
80847	/mnt/sales	/sales

Fuse Shell 工具

Alluxio-FUSE 提供了 Fuse shell 工具对客户端进行一些内部操作, 例如清理 Fuse Client 端的元数据缓存,获取元数据缓存大小等。 Fuse Shell 工具使用 UNIX 系统的标准的命令行 ls -l 触发,假如我们的 Alluxio-Fuse 挂载点为 /mnt/alluxio-fuse, Fuse Shell 的命令格式为:

$ ls -l /mnt/alluxio-fuse/.alluxiocli.[COMMAND].[SUBCOMMAND]

其中, /.alluxiocli 为 Fuse Shell 的标识字符串,COMMAND 为 Fuse Shell 命令(例如 metadatacache ), SUBCOMMAND 为子命令(例如 drop, size, dropAll 等)。 目前 Fuse Shell 还只支持 metadatacache 命令, 后续我们会扩展更多的命令和交互方式。需要注意,使用 Fuse Shell 工具需要将配置项 alluxio.fuse.special.command.enabled 设置为 true。

$ alluxio.fuse.special.command.enabled=true

Metadatacache 命令

我们在使用 Alluxio fuse 时通常会开启客户端元数据缓存,比如在 AI 这种大量小文件读的业务场景下, 开启客户端元数据缓存能够缓解 Alluxio Master 的元数据压力, 提升业务的读性能, 当 Alluxio 中的数据更新后,client 端的元数据缓存也需要更新,通常我们要等待 alluxio.user.metadata.cache.expiration.time 配置的超时时间让元数据缓存失效, 这意味着有一个时间窗口元数据可能是无效的,这种情况下推荐使用 Fuse Shell 的 metadatacache 命令及时对客户端元数据缓存进行清理, ` metadatacache` 命令格式为:

$ ls -l /mnt/alluxio-fuse/.alluxiocli.metadatacache.[dropAll|drop|size]

使用示例:

  • 清理客户端所有的元数据缓存:
    $ ls -l /mnt/alluxio-fuse/.alluxiocli.metadatacache.dropAll
    
  • 清理挂载点下某一路径及其父目录缓存:
    $ ls -l /mnt/alluxio-fuse/dir/dir1/.alluxiocli.metadatacache.drop
    

    上述命令会清除 /mnt/alluxio-fuse/dir/dir1 的元数据以及所有父目录的元数据缓存。

  • 获取客户端元数据大小
    $ ls -l /mnt/alluxio-fuse/.alluxiocli.metadatacache.size
    

    你将在下面输出结果中的文件大小字段得到元数据缓存的大小:

    ---------- 1 root root 13 Jan  1  1970 /mnt/alluxio-fuse/.alluxiocli.metadatacache.size
    

可选配置

Alluxio-FUSE是基于标准的alluxio-core-client-fs进行操作的。你也许希望像使用其他应用的client一样,自定义该alluxio-core-client-fs的行为。

一种方法是编辑$ALLUXIO_HOME/conf/alluxio-site.properties配置文件来更改客户端选项。注意所有的更改应该在Alluxio-FUSE启动之前完成。

局限性

目前,Alluxio-FUSE支持大多数基本文件系统的操作。然而,由于Alluxio某些内在的特性,一定要清楚:

  • 文件只能顺序地写入一次,并且无法修改;这意味着如果要修改一个文件,你需要先删除改文件,然后再重新创建。例如当目标文件存在时拷贝命令cp会失败。
  • Alluxio没有hard-link和soft-link的概念,所以不支持与之相关的命令如ln。此外关于hard-link的信息也不在ll的输出中显示。
  • 只有当Alluxio的alluxio.security.group.mapping.class选项设置为ShellBasedUnixGroupsMapping的值时,文件的用户与分组信息才与Unix系统的用户分组对应。否则chownchgrp的操作不生效,而ll返回的用户与分组为启动Alluxio-FUSE进程的用户与分组信息。

性能考虑

由于FUSE和JNR的配合使用,与直接使用原生文件系统Java客户端相比,使用挂载文件系统的性能会相对较差。

大多数性能问题的原因在于,每次进行readwrite操作时,内存中都存在若干个副本,并且FUSE将写操作的最大粒度设置为128KB。其性能可以利用kernel 3.15引入的FUSE回写(write-backs)缓存策略从而得到大幅提高(但该特性目前尚不被libfuse 2.x用户空间库支持)。

Alluxio-FUSE配置参数

以下是Alluxio-FUSE相关的配置参数。

参数默认值描述
alluxio.fuse.cached.paths.max 500
alluxio.fuse.debug.enabled false 允许FUSE调试输出, 该输出会被重定向到`alluxio.logs.dir`指定目录中的`fuse.out`日志文件。
alluxio.fuse.fs.name alluxio-fuse FUSE挂载文件系统使用的描述性名称。
alluxio.fuse.jnifuse.enabled true
alluxio.fuse.shared.caching.reader.enabled false
alluxio.fuse.logging.threshold 10s
alluxio.fuse.maxwrite.bytes 131072 FUSE写操作的粒度(bytes),注意目前128KB是linux内核限制的上界。
alluxio.fuse.user.group.translation.enabled false 是否在FUSE API中将Alluxio的用户与组转化为对应的Unix用户与组。当设为false时,所有FUSE文件的用户与组 将会显示为挂载alluxio-fuse线程的用户与组。

致谢

该项目使用jnr-fuse以支持基于Java的FUSE。