GFS分布式文件系统
目录
一、GlusterFS简介
二、文件系统简介
三、GlusterFS的特点
1、扩展性和高性能
2、高可用性
3、全局统一命名空间
4、弹性卷管理
5、基于标准协议
四、GlusterFS的常用术语
五、GlusterFS的工作流程
六、GlusterFS支持的七种卷
1、分布式卷( Distribute volume)
2、条带卷(Stripe volume)
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)
七、GlusterFS部署
1、使用脚本实现磁盘分区
2、设置端口映射
3、设置yum源
4、进行时间同步
5、添加节点创建集群
6、创建分布式卷
7、 创建条带卷
8、创建复制卷
9、创建分布式条带卷
10、创建分布式复制卷
八、gluster部署
1、安装客户端软件
2、设置端口映射
3、创建挂载目录
4、挂载 Gluster 文件系统
5、测试 Gluster 文件系统
九、其他的维护命令
一、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。
- 没有元数据服务器组件，这有助于提升整个系统的性能、可靠性和稳定性。
传统的分布式文件系统大多通过元服务器来存储元数据，元数据包含存储节点上的目录信息、目录结构等。这样的设计在浏览目录时效率高，但是也存在一些缺陷，例如单点故障。一旦元数据服务器出现故障，即使节点具备再高的冗余性，整个存储系统也将崩溃。而GlusterFS 分布式文件系统是基于无元服务器的设计，数据横向扩展能力强，具备较高的可靠性及存储效率。
二、文件系统简介
文件系统：用于存储和管理文件的相关系统
| 存储系统类型 | 存储技术 |
| 块存储 | 硬盘 |
| 文件存储 | NFS、SISC、FTP |
| 对象存储 | OSS、S3（公有云） |
| 分布式存储 | GFS、MFS、Ceph、FastdFs |
分布式存储优点：
- 增加存储容量
- 加快读写效率
- 保证文件高可用
三、GlusterFS的特点
1、扩展性和高性能
GlusterFS利用双重特性来提供高容量存储解决方案
1）Scale-Out架构允许通过简单地增加存储节点的方式来提高存储容量和性能（磁盘、计算和I/O资源都可以独立增加），支持10GbE和 InfiniBand等高速网络互联。
2）Gluster弹性哈希（ElasticHash）解决了GlusterFS对元数据服务器的依赖，改善了单点故障和性能瓶颈，真正实现了并行化数据访问。GlusterFS采用弹性哈希算法在存储池中可以智能地定位任意数据分片（将数据分片存储在不同节点上），不需要查看索引或者向元数据服务器查询。
2、高可用性
GlusterFS可以对文件进行自动复制，如镜像或多次复制，从而确保数据总是可以访问，甚至是在硬件故障的情况下也能正常访问。
当数据出现不一致时，自我修复功能能够把数据恢复到正确的状态，数据的修复是以增量的方式在后台执行，几乎不会产生性能负载。
GlusterFS可以支持所有的存储，因为它没有设计自己的私有数据文件格式，而是采用操作系统中主流标准的磁盘文件系统（如EXT3、XFS等）来存储文件，因此数据可以使用传统访问磁盘的方式被访问。
3、全局统一命名空间
分布式存储中，将所有节点的命名空间整合为统一命名空间，将整个系统的所有节点的存储容量组成一个大的虚拟存储池，供前端主机访问这些节点完成数据读写操作。
4、弹性卷管理
GlusterFS通过将数据储存在逻辑卷中，逻辑卷从逻辑存储池进行独立逻辑划分而得到。 逻辑存储池可以在线进行增加和移除，不会导致业务中断。逻辑卷可以根据需求在线增长和缩减，并可以在多个节点中实现负载均衡。
文件系统配置也可以实时在线进行更改并应用，从而可以适应工作负载条件变化或在线性能调优。
5、基于标准协议
Gluster 存储服务支持 NFS、CIFS、HTTP、FTP、SMB 及 Gluster原生协议，完全与 POSIX 标准（可移植操作系统接口）兼容。
现有应用程序不需要做任何修改就可以对Gluster 中的数据进行访问，也可以使用专用 API 进行访问。
四、GlusterFS的常用术语
- Brick（块存储服务器）：实际存储用户数据的服务器
- Volume（逻辑卷）：本地文件系统的"分区"
- FUSE：用户空间的文件系统（类别EXT4），这是一个伪文件系统，用户端的交换模块
- VFS（虚拟端口）：内核态的虚拟文件系统，用户是提交请求给VFS 然后VFS交给FUSH，再交给GFS客户端，最后由客户端交给远端的存储
- Glusterd（服务）：是运行再存储节点的进程（客户端运行的是gluster client）GFS使用过程中整个GFS之间的交换由Gluster client 和glusterd完成
五、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，并向系统注册一个实际的文件系统 FUSE，而 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）经过 GlusterFS client 处理后，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。
六、GlusterFS支持的七种卷
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( Distribute volume)
文件通过HASH算法分布到所有Brick Server上，这种卷是GlusterFS 的默认卷;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RAID0,不具有容错能力
在该模式下，并没有对文件进行分块处理，文件直接存储在某个Server 节点上
由于直接使用本地文件系统进行文件存储，所以存取效率并没有提高，反而会因为网络通信的原因而有所降低
示例原理:
File1 和File2存放在Server1， 而File3存放在Server2， 文件都是随机存储，一个文件(如Filel) 要么在Server1上，要么在Server2上，不能分块同时存放在Server1和 Server2上
分布式卷具有如下特点:
- 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
- 依赖底层的数据保护
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serverl:/dir1、server2:/dir2 和 server3:/dir3中。
gluster volume create dis-volume server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3
2、条带卷(Stripe volume)
类似RAIDO，文件被分成数据块并以轮询的方式分布到多个BrickServer.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，但是不具备冗余性
示例原理:
File被分割为6段，1、3、5放在Server1，2、4、6放在Server2
条带卷特点:
- 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
创建条带卷：
#创建了一个名为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
#注意：分片数量需要是brick的倍数。
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
复制卷具备冗余性，即使一个节点损坏，也不影响数据的正常使用。但因为要保存副本，所以磁盘利用率较低
示例原理:
File1同时存在Server1 和Server2， File2 也是如此，相当于Server2 中的文件是Server1 中文件的副本
复制卷特点:
- 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，但复制数必须等于卷中Brick所包含的存储服务器数
- 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，分别在Server1:/dir1和Server2:/dir2两个Brick中。
gluster volume create rep-volume replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2
#replica 2 ：复制数，一般要等于brick的数量。
#transport tcp ：通过tcp协议进行传输。
4、分布式条带卷(Distribute Stripe volume)
BrickServer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
示例原理:
Filel和File2 通过分布式卷的功能分别定位到Server1和Server2。 在Serverl 中，File1 被分割成4段，其中1、3在Server1中的exp1目录中，2、4在Server1中的exp2 目录中。在Server2 中，File2也被分割成4段，其中1、3在Server2中的exp3目录中，2、4在Server2中的exp4 目录中
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Brick所包含的存储服务器数必须是条带数的倍数(>=2倍)。Brick的数量是4 (Server1:/dir1、 Server2:/dir2、 Server3:/dir3 和Server4:/dir4) ，条带数为2 (stripe 2)
gluster volume create dis-stripe stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4
#文件先分布存储，之后再分块存储。
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。主要用于需要冗余的情况下
示例原理：
File1和File2 通过分布式卷的功能分别定位到Server1 和Server2。 在存放File1 时，File1
根据复制卷的特性，将存在两个相同的副本，分别是Server1中的exp1目录和Server2中的exp2目录。在存放File2时，File2 根据复制卷的特性，也将存在两个相同的副本，分别是Server3 中的exp3 目 录和Server4中的exp4 目录
创建分布式复制卷：
创建一个名为dis-rep的分布式复制卷，配置分布式的复制卷时，卷中Brick所包含的存储服务器数必须是复制数的倍数（>=2倍）。Brick 的数量是 4（Server1:/dir1、Server2:/dir2、Server3:/dir3 和 Server4:/dir4），复制数为 2（replica 2）
gluster volume create dis-rep replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4
6、 条带复制卷(Stripe Replica volume)
类似RAID10，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
七、GlusterFS部署
实验环境：
node1：192.168.80.3
node2：192.168.80.5
node3：192.168.80.7
node4：192.168.80.8
1、使用脚本实现磁盘分区
每台机器先添加四块硬盘
vim /opt/fdisk.sh
#!/bin/bash
echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host0/scan
echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host1/scan
echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host2/scan
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
2、设置端口映射
echo "192.168.80.3 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.80.5 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.80.7 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.80.8 node4" >> /etc/hosts
3、设置yum源
cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repo.brk
mv *.repo repo.bak
cd /opt
将软件包gfsrepo.zip 上传到/opt上
unzip gfsrepo.zip
cd /etc/yum.repos.d/
vim gfs.repo
[gfs]
name=gfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1
yum clean all && yum makecache
#安装GlusterFS
yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma
systemctl start glusterd.service
systemctl enable glusterd.service
systemctl status glusterd.service
yum时可能会出现依赖包版本不一样的情况，可以用rpm -e --nodeps加报错的依赖包名字删除，再执行yum
4、进行时间同步
ntpdate ntp1.aliyun.com5、添加节点创建集群
添加集群信任池，node1-node4 之间添加互信关系。将其他节点加入到我的存储池中。只要在一台Node节点上添加其它节点即可。
#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
#在每个Node节点上查看群集状态
gluster peer status6、创建分布式卷
#创建分布式卷
gluster volume create dis-volume node1:/data/sdb1 node2:/data/sdb1 node3:/data/sdb1 node4:/data/sdb1 force
#查看卷列表
gluster volume list
#启动新建的分布式卷
gluster volume start dis-volume
#查看卷信息
gluster volume info dis-volume
7、 创建条带卷
条带数要等于brick数量
#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
8、创建复制卷
复制数要等于brick数量
#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
9、创建分布式条带卷
brick数量必须是条带的2倍及以上
#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
10、创建分布式复制卷
brick数量必须是复制数的2倍及以上
#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
#查看当前所有卷的列表
gluster volume list
八、gluster部署
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
vim gfs.repo
[gfs]
name=gfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1
yum clean all && yum makecache
yum -y install glusterfs glusterfs-fuse2、设置端口映射
echo "192.168.80.3 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.80.5 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.80.7 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.80.8 node4" >> /etc/hosts3、创建挂载目录
mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep}
ls /test4、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 /test/dis glusterfs defaults,_netdev 0 0
node1:stripe-volume /test/stripe glusterfs defaults,_netdev 0 0
node1:rep-volume /test/rep glusterfs defaults,_netdev 0 0
node1:dis-stripe /test/dis_stripe glusterfs defaults,_netdev 0 0
node1:dis-rep /test/dis_rep glusterfs defaults,_netdev
5、测试 Gluster 文件系统
客户端操作，卷中写入文件并查看
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 /opt/demo* /test/dis
cp /opt/demo* /test/stripe/
cp /opt/demo* /test/rep/
cp /opt/demo* /test/dis_stripe/
cp /opt/demo* /test/dis_rep/
cd /test
ls *
九、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.deny 192.168.80.3
#仅允许
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.80.*
#设置192.168.80.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷(分布式复制卷)