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。
MFS传统的分布式文件系统技术
GlusterFS
Glusteres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。(不存在元服务器单点故障的问题)
GlusterFS同时也是Scale-Out(横向扩展)存储解决方案Gluster的核心,在存储数据方面具有强大的横向扩展能力,通过扩展能够支持数据存储容量和处理数千客户端。
GlusterFS支持借助 TCP/IP 或 InfiniBandRDMA 网络(一种支持多并发链接的技术,具有高带宽、低时延、高扩展性的特点)将物理分散分布的存储资源汇聚在一起,统一提供存储服务,并使用统一全局命名空间来管理数据。
扩展性和高性能
高可用
全局统一命令空间
弹性卷管理
基于标准协议
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。
高可用
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。
全局统一命名
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。
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。
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。
Brick(存储块)
指可信主机池中由主机提供的用于物理存储的专用分区,是GlusterFS中的基本存储单元,同时也是可信存储池中服务器上对外提供的存储目录。
Volume(逻辑卷)
一个逻辑卷是一组 Brick 的集合。卷是数据存储的逻辑设备,类似于 LVM 中的逻辑卷。大部分Gluster管理操作是在卷上进行的。
FUSE
是一个内核模块,允许用户创建自己的文件系统,无须修改内核代码。
VFS
内核空间对用户空间提供的访问磁盘的接口。
Glusterd(后台管理进程)
在存储群集中的每个节点上都要运行。
GlusterFS 采用模块化、堆栈式的架构。
通过对模块进行各种组合,即可实现复杂的功能。例如 Replicate 模块可实现 RAID1,Stripe 模块可实现 RAID0,
通过两者的组合可实现 RAID10 和 RAID01,同时获得更高的性能及可靠性。
(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。
弹性 HASH 算法是 Davies-Meyer 算法的具体实现,通过 HASH 算法可以得到一个 32 位的整数范围的 hash 值,假设逻辑卷中有 N 个存储单位 Brick,则 32 位的整数范围将被划分为 N 个连续的子空间,每个空间对应一个 Brick。当用户或应用程序访问某一个命名空间时,通过对该命名空间计算 HASH 值,根据该 HASH 值所对应的 32 位整数空间定位数据所在的 Brick。
弹性HASH算法优点:
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。
没有对文件进行分块处理,通过扩展文件属性保存hash值,支持的底层文件系统有ext3、ext4、zfs、xfs等
分布式卷的特点
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
根据偏移量将文件分成N个块,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。
条带式卷特点
数据被分割更小的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。
同一文件保存一份或多份副本,因为要保存副本,所以磁盘利用率较低,若多个节点上的存储空间不一致,将按照木桶效应取最低节点的容量作为该卷的总容量。
复制卷的特点
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,至少有两块服务器或更多服务
器,具备冗余。
兼顾分布式和条带卷的功能,主要用于大文件访问处理,至少最少需要4台服务器。兼具分布式卷和条带卷的特点。
兼顾分布式卷和复制卷对的功能,用于需要冗余的情况。兼具分布式卷和复制卷的特点。
类似RAID10,同时具有条带卷和复制卷的特点。
三种基本卷的复合卷,通常用于类Map Reduce应用。
实验环境:
Node1节点:node1/192.168.10.130 磁盘:/dev/sdb1 挂载点:/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1
Node2节点:node2/192.168.10.132 磁盘:/dev/sdb1 挂载点:/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1
Node3节点:node3/192.168.10.133 磁盘:/dev/sdb1 挂载点:/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1
Node4节点:node4/192.168.10.134 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:192.168.10.135
实验规划:
node1-node4 /dev/sdb1 分布式卷
node1-node2 /dev/sdc1 条带卷
node3-node4 /dev/sdc1 复制卷
node1-node4 /dev/sdd1 分布式条带卷
node1-node4 /dev/sde1 分布式复制卷
实验准备:需要5台机器,前4台添加4块硬盘,添加完后刷新
[root@localhost ~]#setenforce 0
setenforce: SELinux is disabled
[root@localhost ~]#systemctl stop firewalld
[root@localhost opt]#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
cd /opt/
[root@localhost opt]#chmod +x fdisk.sh
[root@localhost opt]#./fdisk.sh
[root@localhost opt]#hostname zz-node1 #修改主机名
[root@localhost opt]#su #刷新
#配置/etc/hosts文件,添加所有主机的映射关系
[root@zz-node1 opt]#echo "192.168.10.130 node1" >> /etc/hosts
[root@zz-node1 opt]#echo "192.168.10.132 node2" >> /etc/hosts
[root@zz-node1 opt]#echo "192.168.10.133 node3" >> /etc/hosts
[root@zz-node1 opt]#echo "192.168.10.134 node4" >> /etc/hosts
cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repo.bak
mv *.repo repo.bak
[glfs]
name=glfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1
#保存退出
yum clean all && yum makecache
在/opt下上传软件包,给脚本执行权限,上传完之后四台机子都需要运行脚本
[root@zz-node1 opt]#scp -r fdisk.sh gfsrepo/ glfs.sh 192.168.10.132:/opt/ #用远程拷贝命令将三个文件传输给其他三个节点
[root@zz-node1 opt]#yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma #四台机子都要安装
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。
[root@zz-node1 opt]#gluster peer probe node1
[root@zz-node1 opt]#gluster peer probe node2
peer probe: success.
[root@zz-node1 opt]#gluster peer probe node3
peer probe: success.
[root@zz-node1 opt]#gluster peer probe node4
peer probe: success.
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)
[root@zz-node1 opt]#gluster volume create dis-volume node1:/data/sdb1 node2:/data/sdb1 force #创建分布式卷
volume create: dis-volume: success: please start the volume to access data
[root@zz-node1 opt]#gluster volume list #查看卷列表
dis-volume
[root@zz-node1 opt]#gluster volume start dis-volume #启动新建分布式卷
volume start: dis-volume: success
[root@zz-node1 opt]#gluster volume info dis-volume #查看创建分布式卷信息
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
[root@zz-node1 ~]#gluster volume create stripe-volume stripe 2 node1:/data/sdc1 node2:/data/sdc1 force #创建条带卷
volume create: stripe-volume: success: please start the volume to access data
[root@zz-node1 ~]#gluster volume start stripe-volume #启动新建条带卷
volume start: stripe-volume: success
[root@zz-node1 ~]#gluster volume info stripe-volume #查看创建条带卷信息
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
[root@zz-node1 ~]#gluster volume create rep-volume replica 2 node3:/data/sdb1 node4:/data/sdb1 force #创建复制卷
volume create: rep-volume: success: please start the volume to access data
[root@zz-node1 ~]#gluster volume start rep-volume #启动新建复制卷
volume start: rep-volume: success
[root@zz-node1 ~]#gluster volume info rep-volume #查看新建复制卷的信息
[root@zz-node1 ~]#gluster volume create dis-stripe stripe 2 node1:/data/sdd1 node2:/data/sdd1 node3:/data/sdd1 node4:/data/sdd1 force #创建分布式条带卷
volume create: dis-stripe: success: please start the volume to access data
[root@zz-node1 ~]#gluster volume start dis-stripe #启动创建分布式条带卷
volume start: dis-stripe: success
[root@zz-node1 ~]#gluster volume info dis-stripe #查看分布式条带卷信息
[root@zz-node1 ~]#gluster volume create dis-rep replica 2 node1:/data/sde1 node2:/data/sde1 node3:/data/sde1 node4:/data/sde1 force #创建分布式复制卷
volume create: dis-rep: success: please start the volume to access data
[root@zz-node1 ~]#gluster volume start dis-rep #启动分布式复制卷
volume start: dis-rep: success
[root@zz-node1 ~]#gluster volume info dis-rep #查看分布式复制卷信息
[root@zz-node1 ~]#gluster volume list #查看当前所有卷的列表
#将gfsrepo 软件上传到/opt目下
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
#上传脚本,给权限运行脚本,运行完就执行下面安装
[root@localhost opt]#yum install -y glusterfs glusterfs-fuse.x86_64
[root@localhost opt]#mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep}
[root@localhost opt]#ls /test/
[root@localhost opt]#echo "192.168.10.130 node1" >> /etc/hosts
[root@localhost opt]#echo "192.168.10.132 node2" >> /etc/hosts
[root@localhost opt]#echo "192.168.10.133 node3" >> /etc/hosts
[root@localhost opt]#echo "192.168.10.134 node4" >> /etc/hosts
[root@localhost ~]#mount.glusterfs node1:dis-volume /test/dis
[root@localhost ~]#mount.glusterfs node1:stripe-volume /test/stripe/
[root@localhost ~]#mount.glusterfs node1:rep-volume /test/rep/
[root@localhost ~]#mount.glusterfs node1:dis-stripe /test/dis_stripe/
[root@localhost ~]#mount.glusterfs node1:dis-rep /test/dis_rep/
[root@localhost opt]#dd if=/dev/zero of=/opt/demo1.log bs=1M count=40
[root@localhost opt]#dd if=/dev/zero of=/opt/demo2.log bs=1M count=40
[root@localhost opt]#dd if=/dev/zero of=/opt/demo3.log bs=1M count=40
[root@localhost opt]#dd if=/dev/zero of=/opt/demo4.log bs=1M count=40
[root@localhost opt]#dd if=/dev/zero of=/opt/demo5.log bs=1M count=40
[root@localhost opt]#ls -lh /opt/
[root@localhost ~]#cp /opt/demo* /test/dis
[root@localhost ~]#cp /opt/demo* /test/stripe/
[root@localhost ~]#cp /opt/demo* /test/rep/
[root@localhost ~]#cp /opt/demo* /test/dis_stripe/
[root@localhost ~]#cp /opt/demo* /test/dis_rep/
#查看分布式文件分布
[root@zz-node1 ~]#ls -lh /data/sdb1 #数据没有被分片
总用量 160M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:17 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:17 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:17 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:17 demo4.log
[root@zz-node2 ~]#ll -h /data/sdb1
总用量 40M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:17 demo5.log
#查看条带卷文件分布
[root@zz-node1 ~]#ls -lh /data/sdc1 #数据被分片50%,没副本 没冗余
总用量 100M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:17 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:17 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:17 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:17 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:17 demo5.log
[root@zz-node2 ~]#ll -h /data/sdc1 #数据被分片50%,没副本 没冗余
总用量 100M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:17 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:17 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:17 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:17 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:17 demo5.log
#查看复制卷分布
[root@zz-node3 ~]#ll -h /data/sdb1 #数据没有被分片,有副本 有冗余
总用量 200M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:17 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:17 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:17 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:17 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:18 demo5.log
[root@zz-node4 ~]#ll -h /data/sdb1
总用量 200M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:17 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:17 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:17 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:17 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:18 demo5.log
#查看分布式条带卷分布
[root@zz-node1 ~]#ll -h /data/sdd1 #数据被分片50%,没有副本 没有冗余
总用量 80M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:18 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:18 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:18 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:18 demo4.log
[root@zz-node2 ~]#ll -h /data/sdd1
总用量 80M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:18 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:18 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:18 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:18 demo4.log
[root@zz-node3 ~]#ll -h /data/sdd1
总用量 20M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:18 demo5.log
[root@zz-node4 ~]#ll -h /data/sdd1
总用量 20M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 4月 4 20:18 demo5.log
#查看分布式复制卷分布
[root@zz-node1 ~]#ll -h /data/sde1 #数据没有被分片 有副本 有冗余
总用量 160M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:18 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:18 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:18 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:18 demo4.log
[root@zz-node2 ~]#ll -h /data/sde1
总用量 160M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:18 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:18 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:18 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:18 demo4.log
[root@zz-node3 ~]#ll -h /data/sde1
总用量 40M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:18 demo5.log
[root@zz-node4 ~]#ll -h /data/sde1
总用量 40M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 4月 4 20:18 demo5.log
#挂起 node2 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障
[root@node2 ~]# systemctl stop glusterd.service
在客户端上查看文件是否正常
#分布式卷数据查看
[root@localhost ~]#ll /test/dis #在客户机上发现少了demo5.log文件,这个是在node2上的
总用量 163840
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:17 demo1.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:17 demo2.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:17 demo3.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:17 demo4.log
#条带卷
[root@localhost ~]#cd /test/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 test]#ll /test/dis_stripe/ #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 4月 4 20:18 demo5.log
#分布式复制卷
[root@localhost test]#ll /test/dis_rep/ #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 4月 4 20:18 demo1.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:18 demo2.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:18 demo3.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:18 demo4.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:18 demo5.log
#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 /test/rep/ #在客户机上测试正常,数据有
总用量 204800
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:17 demo1.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:17 demo2.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:17 demo3.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:17 demo4.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:18 demo5.log
#测试分布式条卷是否正常
[root@localhost dis_stripe]#ll /test/dis_stripe/ #在客户机上测试没有数据
总用量 0
#测试分布式复制卷是否正常
[root@localhost dis_rep]#ll /test/dis_rep/ #在客户机上测试正常,有数据
总用量 204800
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:18 demo1.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:18 demo2.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:18 demo3.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:18 demo4.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 4月 4 20:18 demo5.log
上述实验测试,凡是复制数据,相比而言,数据比较安全。
[root@zz-node1 opt]#gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.10.133
volume set: success
[root@zz-node1 opt]#gluster volume set dis-rep auth.reject 192.168.10.133
volume set: success
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 192.168.10.130
#仅允许
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.10.*
#设置192.168.10.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷(分布式复制卷)