Minio原理分析

1 Minio分布式存储原理

MinIO是一款自称是高性能，分布式对象存储服务器的软件，在MinIO的设计中，每个MinIO服务器都是相互独立的节点，共同存储对象数据，MinIO采用分布式架构，并将这些节点联合起来形成一个集群，以便更好的负载均衡，提高性能和可伸缩性，是一个去中心化的设计。

MinIO在分布式存储实现中引入了一种可扩展哈希表数据结构，其具有很好的可扩展性和动态伸缩性，同时还能够支持高并发读取和写入操作。当一个新对象存储到MinIO集群中时，MinIO节点会根据哈希函数计算出该对象的存储地址，对该对象进行切分和编码，然后将切分片段和冗余因子存储在不同的MinIO节点上。

MinIO集群中的所有节点通过一致性哈希（Consistent Hashing）算法实现数据的负载均衡与故障恢复。一致性哈希算法是一种用于动态增删节点的分布式哈希算法，它能保证极高的数据迁移效率。

具体的处理流程如下：

1. 通过哈希函数计算出对象的存储节点。

2. 将对象切分为多个数据块，并通过Reed-Solomon纠删码技术编码，生成校验块。

3. 将数据块和校验块按块组合的方式存储在各个节点中。

4. 在对象读取时，根据哈希函数计算出对象对应的节点地址，到该节点地址所在的MinIO节点上读取数据。

5. 如果某个MinIO节点出现故障，那么它上面的数据就会自动迁移到其他存储节点上，从而保证数据的高可用性和冗余机制。

通过以上的数据分片和分散，保证了数据安全、高可用性、高负载均衡和高读写性能等多方面的需求。

Minio数据一致性问题，是通过dsync分布式锁管理器解决的：

• 任何一个节点的锁请求都会广播给集群内的所有在线节点
• 如果收到N/2+1个节点的同意，则获取所成功
• 通过stale lock检测机制，判断节点的状态及持有锁情况

2 Minio对象存储和元数据

MinIO是一款对象存储服务器，主要用于存储非结构化的数据，例如各种类型的文件等。在存储对象的同时，MinIO还会生成对象的元数据，用于描述对象的基本信息。

在MinIO中，每个对象都有一个唯一的对象名（Object Name），类似于文件系统中的文件名。而Bucket则用于组织和管理对象，相当于文件系统中的目录。

除了Object Name和Bucket，每个对象还有一些其他的元数据，包括对象大小、对象的创建和修改时间、对象的MIME type等。这些元数据可以在创建对象时一并设置，也可以通过修改元数据接口进行修改。另外MinIO还支持自定义元数据，用户可以通过配置存储策略来自动添加自定义元数据。

MinIO的元数据存储采用了键-值(key-value)的存储方式，并且将元数据存储在一个扁平的键值对集合中，其中键值对可以表示出对象所属的Bucket和Object。元数据存储使用了etcd这样的轻量级分布式键值存储系统，确保元数据的高可靠性和实时更新，同时也保证了元数据的高效读写。

除了以上的元数据，MinIO还支持用户在使用过程中自定义一些额外的元数据，例如某个对象的归属者、某个对象的使用权限等等。这些元数据分别对应不同的系统配置，有利于实现更加复杂的对象访问控制、元数据管理以及其他高级功能，如利用元数据来实现搜索等功能。

综上所述，MinIO提供了完善的对象存储和元数据管理机制，帮助用户高效存储和管理大量的非结构化数据，并支持自定义元数据来实现更加复杂的业务需求。

3 Minio纠删码

MinIO是一个基于对象存储的开源云存储服务。纠删码是MinIO用于数据容错的关键技术之一。

纠删码是一种冗余数据存储技术，可以将原始数据切分成多个片段，并计算出若干冗余数据进行存储。当部分数据片段损坏或者丢失时，通过计算冗余数据，可以恢复出原始数据。

MinIO的纠删码实现采用了Reed-Solomon纠删码算法。Reed-Solomon算法通过布洛赫乘法（Blomberger Multiplication）在有限域上进行计算，将原始数据切分成若干个数据块（Data Block），并计算出若干个校验块（Parity Block）进行冗余存储。具体步骤如下：

1. 将原始数据划分为多个数据块。

2. 计算出若干校验块。

3. 将所有数据块和校验块按顺序拼接成一个大的数据块，并对其进行编码。

4. 对编码后的数据块进行切分，得到多个“条带”（Stripe）。

5. 在实际存储时，将每个条带拆分为若干数据块和校验块，并在不同的存储节点上进行存储。具体方式可以采用多个存储节点进行副本存储、通过容错码实现块的冗余存储等。

6. 当数据损坏或丢失时，通过计算校验块进行数据恢复。

MinIO中的Reed-Solomon实现比较高效，通常情况下只需要4-6个校验块就可以实现数据冗余，极大提高了数据的容错能力。同时，在存储大文件时，MinIO会自动将文件切分成若干个条带，可以充分利用存储节点的存储带宽和磁盘读写能力。

4 Minio权限控制策略

MinIO提供了细粒度的权限控制策略，方便管理员根据需要对存储桶、对象和目录设置各项权限。

MinIO权限控制采用AWS S3的访问策略来设置权限。一个访问策略是一个JSON格式的文本，描述了用户或者群组能够对MinIO上的哪些资源进行哪些操作。

下面是一个权限控制示例：

{
    "Version":"2012-10-17",
    "Statement":[
        {
            "Effect":"Allow",
            "Action":["s3:ListBucket"],
            "Resource":["arn:aws:s3:::mybucket"]
        },
        {
            "Effect":"Allow",
            "Action":["s3:GetObject"],
            "Resource":["arn:aws:s3:::mybucket/myfolder/*"]
        }
    ]
}

本示例中，权限控制规则包括两项：允许用户列出 mybucket 里面的内容；允许用户读取 mybucket/myfolder 文件夹下的所有对象。

下面是一个常见的权限控制策略的代码示例：

{
  "Version": "2012-10-17",
  "Statement": [
    {
      "Action": [
        "s3:GetBucketLocation",
        "s3:ListBucket"
      ],
      "Effect": "Allow",
      "Resource": [
        "arn:aws:s3:::my-bucket"
      ],
      "Principal": "*",
      "Condition": {}
    },
    {
      "Action": [
        "s3:GetObject",
        "s3:PutObject"
      ],
      "Effect": "Allow",
      "Resource": [
        "arn:aws:s3:::my-bucket/my-folder/*"
      ],
      "Principal": {
        "AWS": [
          "arn:aws:iam::123456789012:user/username",
          "arn:aws:iam::123456789012:role/rolename"
        ]
      },
      "Condition": {}
    }
  ]
}

本策略允许任何人进行 my-bucket 存储桶的读和列出操作，允许指定的用户或角色进行 my-bucket/my-folder 存储桶下文件夹中的对象的读和写操作。

除了上述的简单设置外，MinIO还支持更加复杂的权限控制规则，例如基于 IP 地址、时间戳、Requester、Referer 来限制访问等等。

总之，MinIO提供了完善而细致的权限控制策略，可以根据业务需要灵活设置，同时也支持更加高级的权限控制方式的实现。