GFS分布式文件系统

目录

一、文件系统

分布式存储优点

二、GlusterFS概述

简介

GlusterFS特点

模块化堆栈式架构

GlusterFS工作流程

弹性HASH算法

GlusterFS的卷类型

1、分布式卷

2、条带卷

3、复制卷

4、分布式条带卷

5、分布式复制卷

6、条带复制卷

7、分布式条带复制卷

三、部署GlusterFS集群

部署GlusterFS集群

所有节点操作

 创建卷（node1）

 部署客户端

测试

 破坏性测试

 维护命令

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一、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、内存
文件存储	NFS、SISC、FTP
对象存储	阿里云OSS、亚马逊S3（公有云）、OpenStack、Switch
分布式存储	GFS、MFS、CEPH、Fastdfs

分布式存储优点

1. 增加存储容量
2. 加快读写效率
3. 保证文件高可用

二、GlusterFS概述

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。

MFS（传统的分布式文件系统技术）

• 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。

GlusterFS：

• 而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PB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。

命名空间：可以理解为目录，一个目录就是一个命名空间。同一个命名空间内不能存在2个相同名称的文件。

GlusterFS特点

• 扩展性高性能

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

• 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。

• 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。

GlusterFS术语

• 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。

存储目录的格式由服务器和目录的绝对路径构成，表示方法为 SERVER:EXPORT，如 192.168.247.99:/data/mydir/。

• 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。虚拟端口

• Glusterd（后台管理进程）

在存储群集中的每个节点上都要运行。

模块化堆栈式架构

        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。

GlusterFS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

弹性HASH算法

       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算法的优点

• 保证数据平均分布在每一个 Brick 中。
• 解决了对元数据服务器的依赖，进而解决了单点故障以及访问瓶颈。

GlusterFS的卷类型

       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

• 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。

只能提高存储容量，不具有容错能力，存储效率并没有提高。

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File1） 要么在Serverl 上，要么在Server2上，不能分块同时存放在Server1和 Server2上。

分布式卷特点

• 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

      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，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

       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

        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。brick数量需要是条带的倍数。

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 Server1 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。

创建分部式条带卷

       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。

• 如果brick数量和条带数一致，那就是普通的条带卷。
• 如果brick数量是条带的2倍以上，就是分布式条带卷。

        创建卷时，存储服务器的数量如果等于条带或复制数，那么创建的是条带卷或者复制卷；

如果存储服务器的数量是条带或复制数的 2 倍甚至更多，那么将创建的是分布式条带卷或分布式复制卷。

5、分布式复制卷

        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。

brick数量需要是复制卷的n倍。

文件先做分布式存储（hash散列），之后做镜像。

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

      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

      三种基本卷的复合卷，通常用于类 Map Reduce 应用。

三、部署GlusterFS集群

实验环境

节点	主机ip	磁盘	挂载点
Node1节点	192.168.247.	磁盘：/dev/sdb1            /dev/sdc1            /dev/sdd1            /dev/sde1	挂载点：/data/sdb1               /data/sdc1               /data/sdd1               /data/sde1
Node2节点	192.168.247.	磁盘：/dev/sdb1            /dev/sdc1            /dev/sdd1            /dev/sde1	挂载点：/data/sdb1               /data/sdc1               /data/sdd1               /data/sde1
Node3节点	192.168.247.	磁盘：/dev/sdb1            /dev/sdc1            /dev/sdd1            /dev/sde1	挂载点：/data/sdb1               /data/sdc1               /data/sdd1               /data/sde1
Node4节点	192.168.247.	磁盘：/dev/sdb1            /dev/sdc1            /dev/sdd1            /dev/sde1	挂载点：/data/sdb1               /data/sdc1               /data/sdd1               /data/sde1
客户端节点	192.168.247.

准备环境

四台机器，各自添加四块硬盘，刷新磁盘

规划卷组

node1-node4       /dev/sdb1       分布卷

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

部署GlusterFS集群

所有节点操作

1、关闭防火墙和selinux

systemctl stop firewalld
setenforce 0

2、 查看磁盘

3、修改主机名

hostnamectl set-hostname node

 4、配置/etc/hosts文件，添加所有主机的映射关系

echo "192.168.247.99 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.247.100 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.247.110 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.247.130 node4" >> /etc/hosts

 5、给脚本加权限，运行脚本

#!/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

 6、安装软件包

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

7、开启服务

8、添加节点到存储信任池中（在node1节点上操作）

9、在每个节点上 查看集群状态

 

 

 

 创建卷（node1）

1、创建分布式卷

 2、创建条带卷

 3、创建复制卷

 4、创建分布式条带卷

 5、创建分布式复制卷

 查看当前所有卷

 部署客户端

1、关闭防火墙和selinux

systemctl stop firewalld
setenforce 0

2、解压缩压缩包

tar xf gfsrepo.zip.tar

3、创建glfs源

cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repo.bak              
mv * 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

4、创建挂载目录

5、挂载之前创建的卷

测试

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

2、将测试文件分别复制到各个卷中

1、查看文件分布

 

 2、查看条带卷文本分布

 

3、查看复制卷文件分布

 

 4、查看分布式条带卷

 

 

 

 5、查看分布式复制卷

 

 

 

 破坏性测试

挂起 node2 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障

#关闭服务
[root@node2 ~]# systemctl stop glusterd.service 
或
#关机
[root@node2 ~]# init 0 

 在客户端上查看文件是否正常

查看分布式卷数据

ll /test/dis/		
#在客户机上发现少了demo5.log文件，这个是在node2上的

 查看条带卷数据

cd /test/stripe/      
ll
#数据都没了，条带卷不具备冗余性

 再挂起 node4 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障

#关闭服务
[root@node4 ~]# systemctl stop glusterd.service 
或
#关机
[root@node4 ~]# init 0 

查看复制卷数据

查看分布式条带卷数据

ll /test/dis_stripe/		
#不具备冗余，测试没有数据 

 查看分布式复制卷数据

ll /test/dis_rep/
#在客户机上测试正常 有数据

 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 192.168.41.46  ​  

#仅允许  gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.41.*    #设置192.168.41.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷(分布式复制卷)