DeepSeek开源周第五弹之一！3FS：支撑V3/R1模型数据访问的高性能分布式文件系统

2025-03-01 458 发布于广东

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本文涉及的产品

交互式建模 PAI-DSW，每月250计算时 3个月

模型在线服务 PAI-EAS，A10/V100等 500元 1个月

模型训练 PAI-DLC，100CU*H 3个月

简介： 3FS是DeepSeek开源的高性能分布式文件系统，专为AI训练和推理任务设计，提供高达6.6 TiB/s的读取吞吐量，支持强一致性保障和通用文件接口，优化AI工作负载。

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🎧 “AI训练新利器！DeepSeek开源3FS文件系统，6.6 TiB/s读取吞吐量，推理效率提升40%”

大家好，我是蚝油菜花。你是否也遇到过——

👉 AI训练数据加载慢，GPU利用率低
👉 大规模数据处理效率低下，检查点耗时过长
👉 推理任务重复计算，资源浪费严重...

今天揭秘的 DeepSeek 3FS，用高性能分布式文件系统彻底解决这些问题！这个基于现代SSD和RDMA网络技术的开源神器，专为AI训练和推理任务设计，提供高达6.6 TiB/s的读取吞吐量，支持强一致性保障和通用文件接口，优化AI工作负载。工程师们已经用它提升训练速度，项目经理靠它优化推理效率——你的AI项目准备好迎接性能革命了吗？

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3FS是DeepSeek开源的高性能分布式文件系统，专为AI训练和推理任务设计。

核心功能：提供高达6.6 TiB/s的读取吞吐量，支持强一致性保障和通用文件接口。
技术原理：基于分离式架构和链式复制与分配查询（CRAQ）技术，优化数据访问和一致性。

3FS 是什么

3fs-cover

3FS（Fire-Flyer File System）是DeepSeek推出的高性能分布式文件系统，专为AI训练和推理任务设计。3FS利用现代SSD和RDMA网络技术，基于分离式架构聚合数千个SSD的吞吐量和数百个存储节点的网络带宽，提供高达6.6 TiB/s的读取吞吐量。

3FS提供强一致性保障，提供通用文件接口，无需学习新的存储API。3FS在大规模数据处理和推理优化中表现出色，在GraySort测试中达到3.66 TiB/min的吞吐量，KVCache读取吞吐量可达40 GiB/s。

3FS 的主要功能

高性能数据访问：聚合数千个SSD的吞吐量和数百个存储节点的网络带宽，提供高达6.6 TiB/s的读取吞吐量。支持大规模集群中的高吞吐量并行读写，优化AI训练和推理任务中的数据加载效率。
强一致性保障：实现链式复制与分配查询（CRAQ）技术，确保数据的强一致性，简化应用开发复杂性。
通用文件接口：提供无状态元数据服务，支持事务性键值存储（如FoundationDB），用户无需学习新的存储API。
优化AI工作负载：
- 数据准备：高效管理大量中间输出，支持层次化目录结构。
- 数据加载：支持跨计算节点的随机访问，无需预取或数据集洗牌。
- 检查点支持：为大规模训练提供高吞吐量并行检查点功能。
- KVCache：为推理任务提供高吞吐量、大容量的缓存替代方案，优化推理效率。
高扩展性和灵活性：支持大规模集群部署，适用于从单节点到数千节点的多样化应用场景。

3FS 的技术原理

分离式架构：基于计算与存储分离的设计，将存储资源集中管理，用高速网络（如RDMA）实现数据的高效传输。让应用以“位置无关”的方式访问存储资源，简化资源管理。
链式复制与分配查询（CRAQ）：为实现强一致性，3FS基于CRAQ技术。基于链式复制确保数据在多个副本间的一致性，用分配查询优化读取性能，减少延迟。
无状态元数据服务：3FS推出无状态的元数据服务，基于事务性键值存储（如FoundationDB），提高系统的可扩展性，降低元数据管理的复杂性。
Direct I/O与RDMA优化：基于Direct I/O直接访问SSD，避免使用文件缓存，减少CPU和内存开销，用RDMA技术实现高效的数据传输，进一步提升性能。
KVCache技术：在推理任务中，基于KVCache缓存关键中间结果，避免重复计算，显著提高推理效率。KVCache结合高吞吐量和大容量的优势，是DRAM缓存的低成本替代方案。
数据局部性优化：基于优化数据布局和访问模式，减少数据传输的延迟和带宽消耗，特别是在大规模分布式训练和推理任务中表现出色。

如何运行 3FS

1. 克隆 3FS 仓库

git clone https://github.com/deepseek-ai/3fs

        
          
        
        
        
          
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2. 安装依赖

# for Ubuntu 20.04.
apt install cmake libuv1-dev liblz4-dev liblzma-dev libdouble-conversion-dev libprocps-dev libdwarf-dev libunwind-dev \
  libaio-dev libgflags-dev libgoogle-glog-dev libgtest-dev libgmock-dev clang-format-14 clang-14 clang-tidy-14 lld-14 \
  libgoogle-perftools-dev google-perftools libssl-dev ccache libclang-rt-14-dev gcc-10 g++-10 libboost1.71-all-dev

# for Ubuntu 22.04.
apt install cmake libuv1-dev liblz4-dev liblzma-dev libdouble-conversion-dev libprocps-dev libdwarf-dev libunwind-dev \
  libaio-dev libgflags-dev libgoogle-glog-dev libgtest-dev libgmock-dev clang-format-14 clang-14 clang-tidy-14 lld-14 \
  libgoogle-perftools-dev google-perftools libssl-dev ccache gcc-12 g++-12 libboost-all-dev

        
          
        
        
        
          
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3. 构建3FS

cmake -S . -B build -DCMAKE_CXX_COMPILER=clang++-14 -DCMAKE_C_COMPILER=clang-14 -DCMAKE_BUILD_TYPE=RelWithDebInfo -DCMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS=ON
cmake --build build -j 32

        
          
        
        
        
          
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如何运行 3FS 分布式存储系统

接下来将介绍如何手动部署一个六节点的 3FS 分布式存储集群（Cluster ID 为 stage），并提供每一步的操作指导，包括服务安装、配置、启动以及客户端的挂载方法。

硬件与软件环境准备

硬件配置

以下是集群中各节点的硬件要求：

节点	操作系统	IP 地址	内存	SSD 配置	RDMA 支持
meta	Ubuntu 22.04	192.168.1.1	128GB	-	RoCE
storage1	Ubuntu 22.04	192.168.1.2	512GB	14TB × 16	RoCE
storage2	Ubuntu 22.04	192.168.1.3	512GB	14TB × 16	RoCE
storage3	Ubuntu 22.04	192.168.1.4	512GB	14TB × 16	RoCE
storage4	Ubuntu 22.04	192.168.1.5	512GB	14TB × 16	RoCE
storage5	Ubuntu 22.04	192.168.1.6	512GB	14TB × 16	RoCE

RDMA 配置

为 RDMA 网卡分配 IP 地址。每个节点支持多个 RDMA 网卡（InfiniBand 或 RoCE）。
使用 ib_write_bw 检查节点间的 RDMA 连通性。

第三方依赖

生产环境中建议在专用节点上安装以下服务：

服务	节点
ClickHouse	meta
FoundationDB	meta

FoundationDB 配置

确保 FoundationDB 客户端版本与服务器版本一致，或者复制对应版本的 libfdb_c.so 以保持兼容性。
找到 fdb.cluster 文件和 libfdb_c.so 的路径：/etc/foundationdb/fdb.cluster 和 /usr/lib/libfdb_c.so。

Step 0: 编译 3FS

按照运行教程中构建3FS的说明编译 3FS，生成的二进制文件位于 build/bin。

部署与运行步骤

Step 1: 创建 ClickHouse 表

导入 SQL 文件到 ClickHouse：

clickhouse-client -n < ~/3fs/deploy/sql/3fs-monitor.sql

        
          
        
        
        
          
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Step 2: 部署监控服务

在 meta 节点上安装 monitor_collector 服务。

配置与启动

复制二进制文件和配置文件：

mkdir -p /opt/3fs/{
     bin,etc}
mkdir -p /var/log/3fs
cp ~/3fs/build/bin/monitor_collector_main /opt/3fs/bin
cp ~/3fs/configs/monitor_collector_main.toml /opt/3fs/etc

        
          
        
        
        
          
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更新 monitor_collector_main.toml 配置文件，添加 ClickHouse 连接信息：
```toml
[server.monitor_collector.reporter]
type = 'clickhouse'

[server.monitor_collector.reporter.clickhouse]
db = '3fs'
host = ''
passwd = ''
port = ''
user = ''

- 启动监控服务：
```bash
cp ~/3fs/deploy/systemd/monitor_collector_main.service /usr/lib/systemd/system
systemctl start monitor_collector_main

        
          
        
        
        
          
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Step 3: 部署 Admin 客户端

在所有节点上安装 admin_cli。

配置与启动

复制二进制文件和配置文件：

mkdir -p /opt/3fs/{
     bin,etc}
rsync -avz meta:~/3fs/build/bin/admin_cli /opt/3fs/bin
rsync -avz meta:~/3fs/configs/admin_cli.toml /opt/3fs/etc
rsync -avz meta:/etc/foundationdb/fdb.cluster /opt/3fs/etc

        
          
        
        
        
          
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更新 admin_cli.toml 配置文件：
```toml
cluster_id = "stage"

[fdb]
clusterFile = '/opt/3fs/etc/fdb.cluster'


### Step 4: 部署 Mgmtd 服务
在 **meta** 节点上安装 `mgmtd` 服务。

#### 配置与启动
- 复制二进制文件和配置文件：
```bash
cp ~/3fs/build/bin/mgmtd_main /opt/3fs/bin
cp ~/3fs/configs/{mgmtd_main.toml,mgmtd_main_launcher.toml,mgmtd_main_app.toml} /opt/3fs/etc

        
          
        
        
        
          
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更新配置文件，设置 node_id、cluster_id 和监控地址。

初始化集群并启动服务：

/opt/3fs/bin/admin_cli -cfg /opt/3fs/etc/admin_cli.toml "init-cluster --mgmtd /opt/3fs/etc/mgmtd_main.toml 1 1048576 16"
systemctl start mgmtd_main

        
          
        
        
        
          
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Step 5: 部署 Meta 服务

在 meta 节点上安装 meta 服务。

配置与启动

复制二进制文件和配置文件：

cp ~/3fs/build/bin/meta_main /opt/3fs/bin
cp ~/3fs/configs/{
     meta_main_launcher.toml,meta_main.toml,meta_main_app.toml} /opt/3fs/etc

        
          
        
        
        
          
          AI 代码解读

更新配置文件，设置 node_id 和 mgmtd 地址。

上传配置文件并启动服务：

/opt/3fs/bin/admin_cli -cfg /opt/3fs/etc/admin_cli.toml "set-config --type META --file /opt/3fs/etc/meta_main.toml"
systemctl start meta_main

        
          
        
        
        
          
          AI 代码解读

Step 6: 部署 Storage 服务

在 storage 节点上安装 storage 服务。

配置与启动

格式化并挂载 SSD：

for i in {
     1..16}; do
  mkfs.xfs -L data${i} /dev/nvme${i}n1
  mount -o noatime,nodiratime -L data${i} /storage/data${i}
  mkdir -p /storage/data${i}/3fs
done

        
          
        
        
        
          
          AI 代码解读

更新配置文件，设置 node_id 和存储路径。

上传配置文件并启动服务：

/opt/3fs/bin/admin_cli -cfg /opt/3fs/etc/admin_cli.toml "set-config --type STORAGE --file /opt/3fs/etc/storage_main.toml"
systemctl start storage_main

        
          
        
        
        
          
          AI 代码解读

Step 7: 创建管理员用户、存储目标和链表

创建管理员用户：

/opt/3fs/bin/admin_cli -cfg /opt/3fs/etc/admin_cli.toml "user-add --root --admin 0 root"

        
          
        
        
        
          
          AI 代码解读

使用 Python 脚本生成存储目标和链表：

python ~/3fs/deploy/data_placement/src/model/data_placement.py ...

        
          
        
        
        
          
          AI 代码解读

创建存储目标并上传链表。

Step 8: 挂载 FUSE 客户端

在 meta 节点上挂载 FUSE 客户端。

配置与启动

复制二进制文件和配置文件。

创建挂载点并启动服务：

mkdir -p /3fs/stage
systemctl start hf3fs_fuse_main

        
          
        
        
        
          
          AI 代码解读

常见问题解答

如何排查 `admin_cli init-cluster` 错误？

如果 mgmtd 服务启动失败，可能是因为 mgmtd_main.toml 配置错误。修改配置文件后，需清空 FoundationDB 数据并重新运行 init-cluster。

如何构建单节点集群？

单节点测试环境中，可以通过在一台机器上部署多个存储服务来绕过限制

资源

GitHub 仓库：https://github.com/deepseek-ai/3fs

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DeepSeek开源周第五弹之一！3FS：支撑V3/R1模型数据访问的高性能分布式文件系统

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3FS 是什么

3FS 的主要功能

3FS 的技术原理

如何运行 3FS

1. 克隆 3FS 仓库

2. 安装依赖

3. 构建3FS

如何运行 3FS 分布式存储系统

硬件与软件环境准备

硬件配置

RDMA 配置

第三方依赖

FoundationDB 配置

Step 0: 编译 3FS

部署与运行步骤

Step 1: 创建 ClickHouse 表

Step 2: 部署监控服务

配置与启动

Step 3: 部署 Admin 客户端

配置与启动

Step 5: 部署 Meta 服务

配置与启动

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配置与启动

Step 7: 创建管理员用户、存储目标和链表

Step 8: 挂载 FUSE 客户端

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常见问题解答

如何排查 `admin_cli init-cluster` 错误？

如何构建单节点集群？

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