GFS分布式文件系统概述以及集群部署
目录
一、GlusterFS简介
二、GlusterFS特点
三、GlusterFS术语
四、GlusterFS构成
五、后端存储如何定位文件
六、GFS支持的七种卷
二、模拟实验——部署 GlusterFS 群集
2.1 环境准备
2.2 安装、启动GlusterFS（所有node节点）
2.3 添加节点到存储信任池中（ node1 节点）
2.4 根据规划创建卷
分布式卷
条带卷
复制卷
分布式条带卷
分布式复制卷
三、 客户端配置
2.2 配置 /etc/hosts 文件
2.3 创建挂载目录
2.4 挂载 Gluster 文件系统
四、 测试 Gluster 文件系统
4.1 卷中写入文件，客户端操作
4.2查看文件分布
分布式文件分布
条带卷文件分布
复制卷文件分布
4.3冗余测试
条带卷
分布式卷
分布式条带卷
复制卷
五、其他的维护命令
总结
一、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
FS：文件系统
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
二、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
三、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
四、GlusterFS构成
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
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
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
五、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
六、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
二、模拟实验——部署 GlusterFS 群集
Node1节点：node1/192.168.153.10 磁盘：/dev/sdb1 挂载点：/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1
Node2节点：node2/192.168.153.20 磁盘：/dev/sdb1 挂载点：/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1
Node3节点：node3/192.168.153.30 磁盘：/dev/sdb1 挂载点：/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1
Node4节点：node4/192.168.153.40 磁盘：/dev/sdb1 挂载点：/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1
客户端节点：192.168.153.50
每个节点先创建四块新硬盘
2.1 环境准备
①关闭防火墙及安全机制
systemctl stop firewalld
setenforce 0
②配置/etc/hosts文件
echo "192.168.153.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.153.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.153.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.153.40 node4" >> /etc/hosts
③创建磁盘分区并挂载
采用脚本来进行磁盘分区和挂载
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
. /opt.fdisk.sh #执行脚本
2.2 安装、启动GlusterFS（所有node节点）
cd /opt #拉入软件包
unzip gfsrepo.zip
cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repo.bak
mv *.repo repo.bak
vim glfs.repo
[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
2.3 添加节点到存储信任池中（ node1 节点）
#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
gluster peer status #在每个Node节点上查看群集状态
2.4 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) |
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 #查看卷列表
gluster volume start dis-volume #启动新建分布式卷
gluster volume info dis-volume #查看创建分布式卷信息
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
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
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
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
三、 客户端配置
cd /opt #拉入软件包
unzip gfsrepo.zip
cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repo.bak
mv *.repo repo.bak
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
2.2 配置 /etc/hosts 文件
echo "192.168.153.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.153.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.153.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.153.40 node4" >> /etc/hosts
2.3 创建挂载目录
mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep}
ls /test
2.4 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 /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 0 0
四、 测试 Gluster 文件系统
4.1 卷中写入文件，客户端操作
cd /opt
dd if=/dev/zero of=/opt/TEST1.log bs=1M count=40
dd if=/dev/zero of=/opt/TEST2.log bs=1M count=40
dd if=/dev/zero of=/opt/TEST3.log bs=1M count=40
dd if=/dev/zero of=/opt/TEST4.log bs=1M count=40
dd if=/dev/zero of=/opt/TEST5.log bs=1M count=40
ls -lh
cp TEST* /test/dis
cp TEST* /test/stripe/
cp TEST* /test/rep/
cp TEST* /test/dis_stripe/
cp TEST* /test/dis_rep/
4.2查看文件分布
查看卷对应的磁盘分区中的文件数据，验证结果
分布式文件分布
node1:/dev/sdb1
node2:/dev/sdb1
结论：分布式只会将demo文件分开存储（5个文件不在同一磁盘分区上），不会将数据分片和备份
条带卷文件分布
node1:/dev/sdc1
node1:/dev/sdc1
结论：带卷会将每个demo文件中的数据分片存储（两个分区各有20M的文件），没有备份
复制卷文件分布
node3:/dev/sdb1
node4:/dev/sdb1
结论：复制卷会将每个文件放入卷中的磁盘分区中（两分区的文件一样）
分布式条带卷分布
node1:/dev/sdd1
node2:/dev/sdd1
node3:/dev/sdd1
node4:/dev/sdd1
结论：分布式条带卷中，带有分布式和条带卷的特点，即将数据分片，又将文件分开存储，没有备份
分布式复制卷分布
node1:/dev/sde1
node2:/dev/sde1
node3:/dev/sde1
node4:/dev/sde1
结论：分布式复制卷中，带有分布式和复制卷的特点，即将文件分开存储，又复制一遍文件（备份）
4.3冗余测试
通过挂起 node2 节点服务器或者关闭glusterd服务来模拟故障
条带卷
结论：文件中没有数据，说明数据全部丢失，所以条带卷不具备冗余
分布式卷
结论：数据查看，缺少四个文件，而这四个文件是存储在node2上的，所以分布式卷不具备冗余
分布式条带卷
存储在node1和node2上的TEST3不见了（数据是分片存储的），所以分布式条带卷不具备冗余
分布式复制卷
结论：文件和数据都在，所以分布式复制卷具有冗余
复制卷
挂起node3和node4中任意一个节点进行测试
结论：文件和数据都在，所以复制卷具有冗余
五、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 192.168.153.100
#仅允许
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.153.* #设置192.168.153.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷（分布式复制卷）
总结
分布式卷：相当于RAID0，不具备容错能力，若有一块磁盘损坏，则会造成数据丢失
条带卷：类似RAID0，文件将被分成数据块并以轮询方式分布到Brick server上
复制卷：将文件同步到多个Brick上，相当于文件级RAID1，数据分数在多个Brick中
分布式条带卷：兼具分布式卷和条带卷的特定
分布式复制卷：兼具分布式卷和复制卷的特点
条带复制卷：类似RAID10，同时具有条带卷和复制卷的特点
分布式条带复制卷：三种基本卷特性的结合