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GFS分布式文件系统集群——理论

GFS分布式文件系统集群

GlusterFS概述

GlusterFS简介

  • 开源的分布式文件系统
  • 由存储服务器，客户端以及NFS/Samba存储网关组成
  • 无元数据服务器
    GFS分布式文件系统集群——理论_第1张图片
RDMA:负责数据传输

GlusterFS的特点

  • 扩展性和高性能
  • 高可用性
  • 全局统一的命名空间
  • 弹性卷管理
  • 基于标准协议

GlusterFS术语

  • Brick ： 存储节点
  • Volume ： 卷
  • FUSE ： 内核模块，用户端的交互模块
  • VFS ： 虚拟端口
  • Glusterd ： 服务

模块化堆栈架构

  • 模块化、堆栈式的架构
  • 通过对模块的组合，实现负责的功能
    GFS分布式文件系统集群——理论_第2张图片

GlusterFS工作模式

GFS分布式文件系统集群——理论_第3张图片

  • Application：客户端或应用程序通过GlusterFSync的挂载点访问数据
  • VFS：linux系统内核通过VFS API收到请求并处理
  • FUSE ： VFS 将数据递交给FUSE内核文件系统，fuse
    文件系统则是将数据通过/dev/fuse设备文件递交给了GlusterFS client端
  • GlusterFS Client ; 通过网络将数据传递至远端的GlusterFS Server，并且写入到服务器存储设备上

GlusterFS工作原理

GlusterFS工作流程

弹性HASH算法
  • 通过HASH算法得到一个32位的整数
  • 划分为N个连续的子空间，每个空间对应一个Brick
  • 弹性HASH算法的优点
    • 保证数据平均分布在每一个Brink中
    • 解决了对元数据服务器的依懒，进而解决了单点故障以及访问瓶颈

GFS分布式文件系统集群——理论_第4张图片
四个Brick节点的GlusterFS卷，平均分配232次方的区间的范围空间

GFS分布式文件系统集群——理论_第5张图片
通过hash算法去找到对应的brick节点的存储空间，去分配数据存储，去调用每一个节点数据

GlusterFS的卷类型

  • 分布式卷
  • 条带卷
  • 复制卷
  • 分布式条带卷
  • 分布式复制卷
  • 条带复制卷
  • 分布式条带复制卷

分布式卷

  • 没有对文件进行分块处理
  • 通过扩展文件属性保存HASH值
  • 支持底层文件系统有ext3、ext4、ZFS、XFS等
    GFS分布式文件系统集群——理论_第6张图片

分布式卷有如下特点

  • 文件分布在不同的服务器。不具备冗余性
  • 更容易和廉价地扩展卷的大小
  • 单点故障会造成数据丢失
  • 依懒底层的数据保护

创建分布式卷

  • 创建一个名为dis-volume的分布式卷，文件将根据HASH分布在server1：/dir1、server2:/dir2和server3:/dir3中
gluster volume create dis-volume server1:/dir1 server2:/dir2

条带卷

  • 根据偏移量将文件分为N块（N个条带节点），轮询的存储在每个Brick Server节点
  • 存储大文件时，性能尤为突出
  • 不具备冗余性，类似Raid0
    GFS分布式文件系统集群——理论_第7张图片
    从多个server中同时读取文件，效率提升

特点

  • 数据被分割成更小块分布到块服务器群中的不同条带区
  • 分布减少负载且更小的文件加速了存取的速度
  • 没有数据冗余

创建条带卷

  • 创建一个名为Stripe-volume的条带卷，文件将被分块轮询的存储在Server1:/dir1和Server2:dir2两个Brick中
gluster volume create stripe-volume stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2

复制卷

  • 同一个文件保存一份或多分副本
  • 复制模式因为保存副本，所以磁盘利用率较低
  • 多个节点的存储空间不一致，那么将按照木桶效应取最低节点的容量作为该卷的总容量

GFS分布式文件系统集群——理论_第8张图片

特点

  • 卷中所有的服务器均保存一个完整的副本
  • 卷的副本数量可以有客户创建的时候决定
  • 至少由两个块服务器或更多服务器
  • 具备冗余性

创建复制卷

  • 创建名为rep-volume的复制卷、文件将同时存储两个副本
gluster volume create rep-volume replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2

分布式条带卷

  • 兼顾分布式卷和条带卷的功能
  • 主要用于大文件访问处理
  • 至少最少需要4台服务器

创建分布式条带卷

  • 创建一个名为dis-stripe的分布式条带卷，配置分布式的条带卷时，卷中Brink所包含 的存储服务器数必须是条带数的倍数（>=2倍）
gluster volume create rep-volume stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir1 server4:/dir2

分布式复制卷

  • 兼顾分布式卷和复制卷的功能
  • 用于需要冗余的情况下
    GFS分布式文件系统集群——理论_第9张图片

创建分布式复制卷

  • 创建一个名为dis-rep的分布式条带卷，配置分布式条带卷的复制卷时，卷中Brink所包含的存储服务器必须是条带数的倍数（>=2倍）
gluster volume create rep-volume replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir1 server4:/dir2

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