Step 1 - 明确需求

以下是一些可供参考的讨论点：

1. 主要特性是什么？=> 支持上传和下载文件，文件同步，以及通知。
2. 移动端 or web应用 or both ? => both。
3. 支持哪些文件类型？=> 所有类型。
4. 文件需要加密存储吗？=> 需要。
5. 文件大小有限制吗？=> 不超过10GB。
6. 日活多少？=>1000万。

这里以下列需求作为设计目标：

• 上传文件。
• 下载文件。
• 多端自动同步。
• 文件历史记录。
• 文件分享。
• 当文件被修改，删除，或被共享给你时，发送推送消息。

以下特性暂不支持：

• 文档在线协作。

除以上需求外，非功能性需求也要得到保证：

• 可靠性，绝不能导致数据丢失。
• 快速同步。
• 带宽友好，不能太占用带宽。
• 可扩展，能够支持大流量并发。
• 高可用性，即使服务器掉线，用户也需要能够使用部分功能，比如编辑本地文件。

规模预估：

• 假设应用有5000万注册用户以及1000万日活用户。
• 每位用户有10GB免费使用空间。
• 假设用户平均每天上传2个文件，文件平均大小为500KB。
• 读写比例为1：1。
• 总空间占用：5000万 * 10GB = 500PB。
• 上传QPS：1000万 * 2 / 24 / 3600 ~= 240
• 峰值上传QPS：QPS * 2 = 480

Step 2 - 高阶设计

从单服务器开始，逐渐将系统拓展到支持百万级用户。单服务器设计如下：

• 一台服务器用于上传和下载文件。
• 一个数据库用于保存元数据，比如用户配置，登录信息，文件信息等。
• 一个文件存储系统用于存储文件。

简单地使用一台Apache web服务器和MySql数据库，以及一个本地路径 drive/ 作为根目录即可实现上面的系统。在 drive/ 目录下，每个用户对应一个文件夹，每个文件夹存储对应用户的文件，文件名与用户上传的原始文件名相同。以下是这个系统的示例：

API设计

主要需要3个API：上传文件，下载文件，获取文件历史 。

1. 上传文件

包含两种上传：

• 简单上传，适合小文件
• 断点重传，适合大文件

以下是一个断点重传的API示例：

https://api.example.com/files/upload?uploadType=resumable

包含上传类型和本地文件数据两个参数。

一次断点重传的流程如下：

• 发送初始请求以获取重传URL。
• 上传文件，监测上传进度。
• 如果上传被打断，则恢复传输。

2.下载文件

示例API: https://api.example.com/files/download

参数：

• path: 文件路径

示例参数：

{
    "path": "/recipes/soup/best_soup.txt"
}

3.获取文件历史记录

示例API: https://api.example.com/files/list_revisions

参数：

• path: 文件路径
• limit: 返回的最大历史记录数

以上所有的API都需要支持HTTPS，以保证数据是加密传输。

多服务器设计

与其自建服务器分片与复制，不如将数据存储交给现有的云服务商来实现，这样可以借助云服务商成熟的服务和多数据中心来保障数据安全。以Amazon S3为例，Amazon S3支持同数据中心内的数据库复制和跨数据中心的数据库复制，通过将数据在多地进行冗余备份，可以有效保证数据安全及服务可用。

除了多地备份外，以下措施也必不可少：

• 负载均衡：增加负载均衡以平均分布网络流量，以及容错。
• Web服务器集群：根据流量动态添加或删除服务器。
• 元数据库：将数据库独立出来，以避免单点故障，同时，使用分片和数据库复制技术，以实现可用性和扩展需求。
• 文件存储：使用Amazon S3来存储文件，为了保证可用性和可靠性，可以将文件在两地进行冗余备份存储。

经过以上措施的优化后，系统设计调整如下：

同步冲突

当两个用户同时修改了同一个文件时，冲突发生。这里我们以第一次修改提交为准，第二次提交被视为冲突，如下：

当用户2收到冲突通知时，服务器会一并返回服务器上最新的版本，由用户2自己来解决冲突。

总体设计

以下是各组件介绍：

用户：包括客户端，浏览器，移动APP。

块服务器：用于将存储块上传到云存储。块级存储是指在云环境下将数据文件分块进行存储，每个块都包含一个唯一的哈希值，这个哈希值存储在元数据库中。对于云存储来说，每个块都是独立的，为了重建文件，需要将所有的块按顺序联合起来。块的大小可参考Dropbox，它的块大小是4MB。

云存储：存储数据块。

负载均衡：平摊请求到API服务器上。

API服务器：负责除了上传文件之外的全部请求，比如认证，用户配置，更新文件元数据等。

元数据库：存储用户、文件、存储块、版本信息等的元数据，不存储具体文件。

元数据缓存：缓存部分元数据，用于快速读取。

通知推送服务：用于推送事件通知，比如文件添加、删除、修改等事件。

离线备份队列：如果客户离线，无法拉取服务端文件的最新修改，那么离线备份队列会将这些修改存入队列，以便于在客户重新上线时推送文件修改。

Step 3 - 深入设计

深入探讨块服务器，元数据库，上传流程，下载流程，通知推送，节省存储空间，以及错误处理。

块服务器

对于大文件，每次更新时都上传整个文件需要占用大量带宽，对此，可以从下面的两方面进行优化：

• 增量同步，每次修改时只上传修改过的部分。
• 数据压缩。使用数据压缩可显著缩小数据的大小，因此，数据块需要以一定的算法进行压缩之后再进行存储，比如使用gzip或者bzip2对文本文件进行压缩。对于音视频文件，可采用其他合适的压缩算法。

在当前系统中，块服务器承载了文件上传的全部压力。块服务器会把用户上传的文件分成合适的块，然后压缩并加密，块服务器还负责只上传那些被修改过的块。通过增量同步和数据压缩，可显著降低服务器的带宽占用。

高一致性要求

本系统天然需要强一致性，因为同一时间用户看到的文件必须是相同的。