GFS分布式文件系统
GFS分布式文件系统
- 一、GlusterFS 概述
-
- 1、GlusterFS简介
- 2、GlusterFS特点
- 3、GlusterFS术语
- 4、模块化堆栈式架构
- 5、GlusterFS的工作流程
- 二、HASH算法
-
- 1、使用弹性HASH算法来解决数据定位、索引、寻址的功能
- 2、HASH优点
- 3、弹性HASH算法
- 三、GlusterFS卷的分类
-
- 1、分布式卷（默认）
- 2、条带卷（默认）
- 3、复制卷（Replica volume）
- 4、分布式条带卷（Distribute Stripe volume）
- 5、分布式复制卷（Distribute Replica volume）
- 6、条带复制卷（Stripe Replica volume）
- 7、分布式条带复制卷（Distribute Stripe Replicavolume）
- 四、GlusterFS部署
-
- 1、准备环境（所有node节点上操作）
-
- （1）、关闭防火墙
- （2）、磁盘分区，并挂载（仅以node1为例，其他节点相同）
- （3）、修改主机名，配置/etc/hosts文件（所有node节点）
- 2、安装、启动GlusterFS（所有node节点上操作）
-
- （1）、将gfsrepo 软件上传到/opt目录下
- 3、添加节点到存储信任池中（在 node1 节点上操作）
-
- (1)、只要在一台Node节点上添加其它节点即可
- （2）、在每个Node节点上查看群集状态
- 4、创建卷（只要在1台节点上创建，对应的节点上检查下状态就可以了）
-
- （1）、创建分布式卷
- （2）、查看卷列表
- （3）、启动新建分布式卷
- （4）、查看创建分布式卷信息
- （5）、创建条带卷
- （6）、创建复制卷
- （7）、创建分布式条带卷
- （8）、创建分布式复制卷
- 5、部署 Gluster 客户端
-
- （1）、安装客户端软件
- （2）、创建挂载目录
- （3）、配置 /etc/hosts 文件
- （4）、挂载 Gluster 文件系统
- 6、测试 Gluster 文件系统
-
- （1）、卷中写入文件，客户端操作
- （2）、查看文件分布
- 7、破坏性测试
-
- （1）、挂起 node2 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障
- （2）、在客户端上查看文件是否正常
- （3）、挂起 node2 和 node4 节点，在客户端上查看文件是否正常
- （4）、总结：
一、GlusterFS 概述
1、GlusterFS简介
- GlusterFS 是一个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（可选，根据需要选择使用）组成。
- 无元数据服务器
2、GlusterFS特点
- 扩展性和高性能
- 高可用性
- 全局统一命名空间
- 弹性卷管理
- 基于标准协议
3、GlusterFS术语
- Brick(块)：存储服务器，实际存储用户数据的服务器
- Volume：本地文件系统的分区
- FUSE：用户空间的文件系统（类比EXT4），这是一个伪文件系统，用户端的交互模块
- VFS：内核态的虚拟文件系统，用户是先提交请求交给VFS，然后VFS交给FUSE，再交给GFS客户端，最后由客户端交给远端的存储
- Glusterd：运行再存储节点的进程（客户端运行的是gluster client），整个GFS之间的交互是由Gluster client 和glusterd完成（GFS使用过程）
4、模块化堆栈式架构
- 模块化、堆栈式的架构
- 通过对模块的组合，实现复杂的功能
5、GlusterFS的工作流程
（1）、客户端或应用程序通过GlusterFS的挂载点访问数据。
（2）、linux系统内核通过VFS API收到请求并处理。
（3）、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。可以将 FUSE 文件系统理解为一个代理。
（4）、GlusterFS client 收到数据后，client根据配置文件的配置对数据进行处理。
（5）、通过网络将数据传递至远端的GlusterFS Server，并且将数据写入到服务器存储设备上。
二、HASH算法
在多个后端存储中如何定位文件
1、使用弹性HASH算法来解决数据定位、索引、寻址的功能
- 先通过HASH算法对数据可以得到一个值（该值由2的32次方个组合）
- 每个数据对应了0-2的32次方的一个值
2、HASH优点
平均分配，当数据量越来越大的时候，相对每个存储节点的数据量（几率）是相等的
而如果考虑到单点故障问题，当数据存储在C存储节点，对此GFS是有备份机制，默认3备份，所以GFS本身的机制会对数据产生冗余，以此解决单点故障
3、弹性HASH算法
- 通过HASH算法得到一个固定长度的数据（这里是32位整数）
- 通常情况下， 不同数据得到的结果是不同的
- 为了解决分布式文件数据索引、定位的复杂程度，而使用了HASH算法来辅助
三、GlusterFS卷的分类
GlusterFS支持七种卷，即分布式卷、条带卷、复制卷、分布式条带卷、分布式复制卷、条带复制卷和分布式条带复制卷
1、分布式卷（默认）
文件通过HASH算法分不到所有Brick Server上
这种卷是GlusterFS的基础；以文件为单位根据HASH算法散列到不同的Brick，其实只是扩大了磁盘空间，如果有一块磁盘损坏，数据也将丢失，属于文件级的RAID 0，不具有容错能力
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。
- 依赖底层的数据保护。
2、条带卷（默认）
类似 RAID0，文件被分成数据块并以轮询的方式分布到多个 Brick Server 上，文件存储以数据块为单位，支持大文件存储， 文件越大，读取效率越高。
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。
- 分布减少了负载且更小的文件加速了存取的速度。
- 没有数据冗余。
3、复制卷（Replica volume）
将文件同步到多个 Brick 上，使其具备多个文件副本，属于文件级 RAID 1，具有容错能力。因为数据分散在多个 Brick 中， 所以读性能得到很大提升，但写性能下降。
特点
- 卷中所有的服务器均保存一个完整的副本。
- 卷的副本数量可由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
4、分布式条带卷（Distribute Stripe volume）
Brick Server 数量是条带数（数据块分布的 Brick 数量）的倍数，兼具分布式卷和条带卷的特点。主要用于大文件访问处理，创建一个分布式条带卷最少需要 4 台服务器。
5、分布式复制卷（Distribute Replica volume）
Brick Server 数量是镜像数（数据副本数量）的倍数，兼具分布式卷和复制卷的特点，用于需要冗余的情况。
6、条带复制卷（Stripe Replica volume）
类似 RAID 10，同时具有条带卷和复制卷的特点
7、分布式条带复制卷（Distribute Stripe Replicavolume）
三种基本卷的复合卷，通常用于类Map Reduce应用
四、GlusterFS部署
一台centos7虚拟机，IP地址为：192.168.246.10，主机名为：node1，添加4块磁盘，分别为3G,4G,5G,6G大小
一台centos7虚拟机，IP地址为：192.168.246.20，主机名为：node2，添加4块磁盘，分别为3G,4G,5G,6G大小
一台centos7虚拟机，IP地址为：192.168.246.30，主机名为：node3，添加3块磁盘，分别为3G,4G,5G大小
一台centos7虚拟机，IP地址为：192.168.246.40，主机名为：node4，添加3块磁盘，分别为3G,4G,5G大小
一台centos7虚拟机，IP地址为：192.168.246.50，主机名为：client，当做测试机使用
将要使用的卷名称和信息
1、准备环境（所有node节点上操作）
（1）、关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
（2）、磁盘分区，并挂载（仅以node1为例，其他节点相同）
虚拟机设置----添加----硬盘，下一步----SCSI（推荐），下一步----创建新的虚拟磁盘，下一步----最大磁盘大小（自定义），勾选将虚拟磁盘拆分成多个文件，下一步----完成，相同方法添加其他的磁盘（除了client客户机），磁盘添加后需要重启一下才能识别到磁盘
vim fdisk.sh
#!/bin/bash
NEWDEV=`ls /dev/sd* | grep -o 'sd[b-z]' | uniq`
for VAR in $NEWDEV
do
echo -e "n\np\n\n\n\nw\n" | fdisk /dev/$VAR &> /dev/null
mkfs.xfs /dev/${VAR}"1" &> /dev/null
mkdir -p /data/${VAR}"1" &> /dev/null
echo "/dev/${VAR}"1" /data/${VAR}"1" xfs defaults 0 0" >> /etc/fstab
done
mount -a &> /dev/null
chmod +x /opt/fdisk.sh
cd /opt/
./fdisk.sh
df -Th
（3）、修改主机名，配置/etc/hosts文件（所有node节点）
#以Node1节点为例：
hostnamectl set-hostname node1
su
echo "192.168.246.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.246.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.246.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.246.40 node4" >> /etc/hosts
2、安装、启动GlusterFS（所有node节点上操作）
（1）、将gfsrepo 软件上传到/opt目录下
cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repo.bak
mv *.repo repo.bak
cd /opt
unzip gfsrepo.zip
cd /etc/yum.repos.d/
vim glfs.repo
[glusterfs]
name=glusterfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1
yum clean all && yum makecache
##yum -y install centos-release-gluster #如采用官方 YUM 源安装，可以直接指向互联网仓库
yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma
systemctl start glusterd.service
systemctl enable glusterd.service
systemctl status glusterd.service
3、添加节点到存储信任池中（在 node1 节点上操作）
(1)、只要在一台Node节点上添加其它节点即可
gluster peer probe node1
gluster peer probe node2
gluster peer probe node3
gluster peer probe node4
（2）、在每个Node节点上查看群集状态
gluster peer status
4、创建卷（只要在1台节点上创建，对应的节点上检查下状态就可以了）
#根据规划创建如下卷：
卷名称 卷类型 Brick
dis-volume 分布式卷 node1(/data/sdb1)、node2(/data/sdb1)
stripe-volume 条带卷 node1(/data/sdc1)、node2(/data/sdc1)
rep-volume 复制卷 node3(/data/sdb1)、node4(/data/sdb1)
dis-stripe 分布式条带卷 node1(/data/sdd1)、node2(/data/sdd1)、node3(/data/sdd1)、node4(/data/sdd1)
dis-rep 分布式复制卷 node1(/data/sde1)、node2(/data/sde1)、node3(/data/sde1)、node4(/data/sde1)
（1）、创建分布式卷
- 创建分布式卷，没有指定类型，默认创建的是分布式卷
gluster volume create dis-volume node1:/data/sdb1 node2:/data/sdb1 force
（2）、查看卷列表
gluster volume list
（3）、启动新建分布式卷
gluster volume start dis-volume
（4）、查看创建分布式卷信息
gluster volume info dis-volume
（5）、创建条带卷
- 指定类型为 stripe，数值为 2，且后面跟了 2 个 Brick Server，所以创建的是条带卷
gluster volume create stripe-volume stripe 2 node1:/data/sdc1 node2:/data/sdc1 force
gluster volume start stripe-volume
gluster volume info stripe-volume
（6）、创建复制卷
- 指定类型为 replica，数值为 2，且后面跟了 2 个 Brick Server，所以创建的是复制卷
gluster volume create rep-volume replica 2 node3:/data/sdb1 node4:/data/sdb1 force
gluster volume start rep-volume
gluster volume info rep-volume
（7）、创建分布式条带卷
- 指定类型为 stripe，数值为 2，而且后面跟了 4 个 Brick Server，是 2 的两倍，所以创建的是分布式条带卷
gluster volume create dis-stripe stripe 2 node1:/data/sdd1 node2:/data/sdd1 node3:/data/sdd1 node4:/data/sdd1 force
gluster volume start dis-stripe
gluster volume info dis-stripe
（8）、创建分布式复制卷
- 指定类型为 replica，数值为 2，而且后面跟了 4 个 Brick Server，是 2 的两倍，所以创建的是分布式复制卷
gluster volume create dis-rep replica 2 node1:/data/sde1 node2:/data/sde1 node3:/data/sde1 node4:/data/sde1 force
gluster volume start dis-rep
gluster volume info dis-rep
gluster volume list
5、部署 Gluster 客户端
（1）、安装客户端软件
- 将gfsrepo 软件上传到/opt目下
cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repo.bak
mv *.repo repo.bak
cd /opt
unzip gfsrepo.zip
vim glfs.repo
[glusterfs]
name=glusterfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1
yum clean all && yum makecache
yum -y install glusterfs glusterfs-fuse
（2）、创建挂载目录
mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep}
ls /test
（3）、配置 /etc/hosts 文件
echo "192.168.246.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.246.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.246.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.246.40 node4" >> /etc/hosts
（4）、挂载 Gluster 文件系统
- 临时挂载
mount.glusterfs node1:dis-volume /test/dis
mount.glusterfs node1:stripe-volume /test/stripe
mount.glusterfs node1:rep-volume /test/rep
mount.glusterfs node1:dis-stripe /test/dis_stripe
mount.glusterfs node1:dis-rep /test/dis_rep
df -Th
- 永久挂载
vim /etc/fstab
node1:dis-volume /text/dis glusterfs defaults,_netdev 0 0
node1:stripe-volume /text/stripe glusterfs defaults,_netdev 0 0
node1:rep-volume /text/rep glusterfs defaults,_netdev 0 0
node1:dis-stripe /text/dis_and_stripe glusterfs defaults,_netdev 0 0
node1:dis-rep /text/dis_and_rep glusterfs defaults,_netdev 0 0
mount -a
6、测试 Gluster 文件系统
（1）、卷中写入文件，客户端操作
cd /opt
dd if=/dev/zero of=/opt/demo1.log bs=1M count=40
dd if=/dev/zero of=/opt/demo2.log bs=1M count=40
dd if=/dev/zero of=/opt/demo3.log bs=1M count=40
dd if=/dev/zero of=/opt/demo4.log bs=1M count=40
dd if=/dev/zero of=/opt/demo5.log bs=1M count=40
ls -lh /opt
cp demo* /test/dis
cp demo* /test/stripe/
cp demo* /test/rep/
cp demo* /test/dis_stripe/
cp demo* /test/dis_rep/
（2）、查看文件分布
#查看分布式文件分布
[root@node1 ~]# ls -lh /data/sdb1 #数据没有被分片
总用量 160M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo4.log
[root@node2 ~]# ll -h /data/sdb1
总用量 40M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo5.log
#查看条带卷文件分布
[root@node1 ~]# ls -lh /data/sdc1 #数据被分片50% 没副本 没冗余
总用量 101M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo5.log
[root@node2 ~]# ll -h /data/sdc1 #数据被分片50% 没副本 没冗余
总用量 101M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo5.log
#查看复制卷分布
[root@node3 ~]# ll -h /data/sdb1 #数据没有被分片 有副本 有冗余
总用量 201M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo5.log
[root@node4 ~]# ll -h /data/sdb1 #数据没有被分片 有副本 有冗余
总用量 201M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo5.log
#查看分布式条带卷分布
[root@node1 ~]# ll -h /data/sdd1 #数据被分片50% 没副本 没冗余
总用量 81M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo4.log
[root@node2 ~]# ll -h /data/sdd1
总用量 81M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo4.log
[root@node3 ~]# ll -h /data/sdd1
总用量 21M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo5.log
[root@node4 ~]# ll -h /data/sdd1
总用量 21M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo5.log
#查看分布式复制卷分布 #数据没有被分片 有副本 有冗余
[root@node1 ~]# ll -h /data/sde1
总用量 120M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 3月 2 19:19 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 3月 2 19:19 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 3月 2 19:19 demo3.log
[root@node2 ~]# ll -h /data/sde1
总用量 120M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 3月 2 19:19 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 3月 2 19:19 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 3月 2 19:19 demo3.log
[root@node3 ~]# ll -h /data/sde1
总用量 80M
-rw-r--r--. 2 root root 40M 3月 2 19:19 demo4.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 3月 2 19:19 demo5.log
[root@node4 ~]# ll -h /data/sde1
总用量 80M
-rw-r--r--. 2 root root 40M 3月 2 19:19 demo4.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 3月 2 19:19 demo5.log
7、破坏性测试
（1）、挂起 node2 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障
[root@node2 ~]# systemctl stop glusterd.service
（2）、在客户端上查看文件是否正常
- 分布式卷数据查看
[root@localhost dis]# ll #在客户上发现少了demo5.log文件，这个是在node2上的
总用量 163840
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:50 demo1.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:50 demo2.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:50 demo3.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:50 demo4.log
- 条带卷
[root@localhost text]# cd stripe/ #无法访问，条带卷不具备冗余性
[root@localhost stripe]# ll
总用量 0
- 分布式条带卷
[root@localhost dis_and_stripe]# ll #无法访问，分布条带卷不具备冗余性
总用量 40960
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:51 demo5.log
- 分布式复制卷
[root@localhost dis_and_rep]# ll #可以访问，分布式复制卷具备冗余性
总用量 204800
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo1.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo2.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo3.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo4.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo5.log
（3）、挂起 node2 和 node4 节点，在客户端上查看文件是否正常
- 测试复制卷是否正常
[root@localhost rep]# ls -l #在客户机上测试正常 数据有
总用量 204800
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:51 demo4.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:51 demo5.log
- 测试分布式条卷是否正常
[root@localhost dis_stripe]# ll #在客户机上测试正常 没有数据
总用量 0
- 测试分布式复制卷是否正常
[root@localhost dis_and_rep]# ll #在客户机上测试正常 有数据
总用量 204800
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo1.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo2.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo3.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo4.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo5.log
（4）、总结：
==上述实验测试，凡是带复制数据，相比而言，数据比较安全 ==
拓展下其他维护命令：
#其他的维护命令：
1．查看GlusterFS卷
gluster volume list
2．查看所有卷的信息
gluster volume info
3．查看所有卷的状态
gluster volume status
4．停止一个卷
gluster volume stop dis-stripe
5．删除一个卷，注意：删除卷时，需要先停止卷，且信任池中不能有主机处于宕机状态，否则删除不成功
gluster volume delete dis-stripe
6．设置卷的访问控制
#仅拒绝
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.246.10
#仅允许
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.246.* #设置192.168.246.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷（分布式复制卷）