linux GlusterFS文件系统 | GFS分布式文件系统群集部署 | 超详细

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

文件系统组成：
1、文件系统接口
2、对对像管理的软件集合
3、对象及属性

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

GlusterFS术语

1、Brick  （块存储服务器）实际存储用户数据的服务器
2、Volume  本地文件系统的"分区"
3、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
4、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
5、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

小结：`使用GFS会使用到以上的虚拟文件系统`

GlusterFS构成

模块化堆栈式架构,通过对模块的组合，实现复杂的功能
1、API：应用程序编程接口
2、模块化：每个模块可以提供不同的功能
3、堆栈式：同时启用多个模块，多个功能可以组合，实现复杂的功能

1、I/O cache：I/O缓存
2、read ahead：内核文件预读
3、distribute/stripe：分布式、条带化
4、Gige：千兆网/千兆接口
5、TCP/IP：网络协议
6、InfiniBand：网络协议，与TCP/IP相比，TCP/IP具有转发丢失数据包的特性，基于此通信协议可能导致通信变慢，而IB使用基于信任的、流控制的机制来保证连接完整性
7、RDMA：负责数据传输，有一种数据传输协议，功能：为了解决传输过程中客户端与服务器端数据处理的延迟
8、POSIX:可移植操作系统接口，主要解决不同操作系统间的移植性

解读上图：

上半部分为客户端，中间为网络层，下半部分为服务端
1、封装多个功能模块，组成堆栈式的结构，来实现复杂的功能
2、然后以请求的方式与客户端进行交互，客户端与服务端进行交互，由于可能会存在系统兼容问题，需要通过posix来解决系统兼容性问题，让客户端的命令通过posix过滤后可以在服务端执行

工作流程：

1、客户端或应用程序通过GFS的挂载点访问数据
2、linux系统内容通过VFSAPI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
4、GlusterFS client端收到数据后，会根据配置文件的配置对数据进行处理
5、再通过网络，将数据发送给远端的ClusterFS server，并将数据写入到服务器储存设备上
6、server再将数据转交给VFS伪文件系统，再由VFS进行转存处理，最后交给EXT4

后端存储如何定位文件

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

GFS支持的七种卷

1、分布式卷（默认）：文件通过HASH算法分布到所有Brick Server上，这种卷是GFS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，并不具备容错能力，属于文件级RAID 0

2、条带卷（默认）：类似RAID 0，文件被分成数据库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

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

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的特点

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

6、条带复制卷（Stripe Replca 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

GFS部署

1.集群环境

Node1节点：node1/192.168.78.11		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1

Node2节点：node2/192.168.78.22		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1

Node3节点：node3/192.168.78.33		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1

Node4节点：node4/192.168.78.44   	  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1

所有节点（这里使用node1作为示范）

客户端节点：192.168.78.55

2.更改节点名称

所有节点（这里使用node1作为示范）

hostnamectl set-hostname node1
hostnamectl set-hostname node2
hostnamectl set-hostname node3
hostnamectl set-hostname node4

3.节点进行磁盘挂载，安装本地源

所有节点（这里使用node1作为示范）

systemctl stop firewalld
setenforce 0

vim /opt/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  #赋执行权限

./opt/fdisk.sh  #执行脚本

4.Hosts文件创建映射关系

所有节点（这里使用node1作为示范）

echo "192.168.78.11 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.78.22 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.78.33 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.78.44 node4" >> /etc/hosts

5.创建GFS本地安装源

cd /opt
unzip gfsrepo.zip      #解压gfsrepo.zip压缩包

vim /etc/yum.repos.d/glfs.repo   #创建本地源

[glfs]
name=glfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1


yum clean all 
yum makecache

yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma

systemctl start glusterd.service 
systemctl enable glusterd.service

systemctl status glusterd.service

6.添加节点创建集群

添加节点到存储信任池中（仅需在一个节点上操作，我这里依旧在node1节点上操作）

gluster peer probe node1
gluster peer probe node2
gluster peer probe node3
gluster peer probe node4

gluster peer status

7.根据规划创建卷

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
gluster volume list
gluster volume start dis-volume
gluster volume info dis-volume
 

2.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

3.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

4.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

5.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 

6.查看GFS创建列表

 gluster volume list

8.部署Gluster客户端（192.168.78.55）

1.创建本地安装源

systemctl stop firewalld
setenforce 0

cd /opt

unzip gfsrepo.zip 


vim glfs.repo
[glfs]
name=glfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1



yum clean all && yum makecache

yum -y install glusterfs glusterfs-fuse

2.创建测试目录

mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep}

3.创建节点映射

echo "192.168.78.11 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.78.22 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.78.33 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.78.44 node4" >> /etc/hosts

4.挂载分布式文件系统

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 -h

5.创建测试文件并写入GFS文件系统

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



cp demo* /test/dis
cp demo* /test/stripe/
cp demo* /test/rep/
cp demo* /test/dis_stripe/
cp demo* /test/dis_rep/

验证文件分布效果

1、查看分布式文件分布（node1:/dev/sdb1、node2:/dev/sdb1）

2、查看条带卷文件分布（node1:/dev/sdc1、node2:/dev/sdc1）

3、查看复制卷文件分布 node3:/dev/sdb1、node4:/dev/sdb1

4、查看分布式条带卷分布（node1:/dev/sdd1、node2:/dev/sdd1、node3:/dev/sdd1、node4:/dev/sdd1）

5、查看分布式复制卷分布（node1:/dev/sde1、node2:/dev/sde1、node3:/dev/sde1、node4:/dev/sde1）

冗余测试

在客户端（192.168.78.55）上查看文件是否正常

1、分布式卷数据查看，不具备冗余        `分布式卷node1(/data/sdb1)、node2(/data/sdb1)`
挂起 node2 节点模拟故障

2、条带卷，无法访问，不具备冗余   `条带卷 node1(/data/sdc1)、node2(/data/sdc1)`

3、复制卷，`复制卷node3(/data/sdb1)、node4(/data/sdb1)`，关闭node4（192.168.78.44）进行测试，具有冗余

4、分布式条带卷node1(/data/sdd1)、node2(/data/sdd1)、node3(/data/sdd1)、node4(/data/sdd1)，不具备冗余

5、分布式复制卷node1(/data/sde1)、node2(/data/sde1)、node3(/data/sde1)、node4(/data/sde1)，具有冗余

服务器宕机时，在操作的时，界面时卡住不动的 需要重新连接远程，进行操作

其他维护命令

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 192.168.184.100

#仅允许
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.184.*	  #设置192.168.184.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷（分布式复制卷）