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GFS分布式文件系统概述以及集群部署

一、GlusterFS简介

二、GlusterFS特点

2.1 扩展性和高性能

2.2 高可用性

2.3 全局统一命名空间

2.4 弹性卷管理

2.5 基于标准协议

三、GlusterFS术语

四、模块化堆栈式架构

五、GlusterFS 的工作流程

六、弹性 HASH 算法

七、GFS支持的七种卷

7.1 分布式卷（Distribute volume）

7.2 条带卷（Stripe volume）

7.3 复制卷（Replica volume）

7.4 分布式条带卷（Distribute Stripe volume）

7.5 分布式复制卷（Distribute Replica volume）

7.6 条带复制卷（Stripe Replca volume）

7.7 分布式条带复制卷（Distribute Stripe Replicavolume）

八、GFS部署

8.1 集群环境

8.2 更改节点名称

8.3 节点进行磁盘挂载，安装本地源

8.4 配置/etc/hosts文件

8.5 安装GFS

8.6 添加节点到存储信任池中

九、创建卷

9.1 分布式卷

9.2 条带卷

9.3 创建复制卷

9.4 创建分布式条带卷

9.5 创建分布式复制卷

9.6 查看当前所有卷列表

十、部署Gluster 客户端

10.1 安装部客户端软件

10.2 创建挂载点目录，配置主机名映射,挂载卷

十一、测试GlusterFS 文件系统

11.1 卷中写入文件，客户端操作

11.2 查看文件分布

十二、破坏性测试

十三、拓展

一、GlusterFS简介

GFS是一个可扩展的分布式文件系统，用于大型的、分布式的、对大量数据进行访问的应用。它运行于廉价的普通硬件上，并提供容错功能。它可以给大量的用户提供总体性能较高的服务。
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和GlusterFS的区别

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 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。
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。

二、GlusterFS特点

2.1 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。
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。
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。

2.2 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。

2.3 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虛拟存储池，供前端主机访问这些节点完成数据读写操作。

2.4 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。

2.5 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。

三、GlusterFS术语

使用GFS会使用的虚拟文件系统

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

四、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。

五、GlusterFS 的工作流程

外来一个请求，例：用户端申请创建一个文件，客户端或应用程序通过GFS的挂载点访问数据
linux系统内容通过VFSAPI收到请求并处理
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
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
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
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EXT3

六、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。

七、GFS支持的七种卷

7.1 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。

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。

7.2 条带卷（Stripe volume）

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。

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。

7.3 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。

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。

7.4 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。
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)
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。

7.5 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。
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)

7.6 条带复制卷（Stripe Replca volume）

类似RAID10，同时具有条带卷和复制卷的特点。

7.7 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。

八、GFS部署

8.1 集群环境

Node1节点：node1/192.168.19.3		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1
 
Node2节点：node2/192.168.19.4		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1
 
Node3节点：node3/192.168.19.5		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1
 
Node4节点：node4/192.168.19.6   	  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：192.168.19.7=====

首先，每台节点添加四块磁盘，仅做实验，无需太大
然后，重启服务器，准备开始部署

8.2 更改节点名称

node1（192.168.19.3）

hostnamectl set-hostname node1
bash

node2（192.168.19.4）

hostnamectl set-hostname node2
bash

node3（192.168.19.5）

hostnamectl set-hostname node3
bash

node4（192.168.19.6）

hostnamectl set-hostname node4
bash

8.3 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）

关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0

磁盘分区，并挂载
vim /opt/fdisk.sh
#!/bin/bash
#获取sdb,sdc,sdd,sde 
NEWDEV=`ls /dev/sd* | grep -o 'sd[b-z]' | uniq`
 
for VAR in $NEWDEV
do
   #免交互分区
   echo -e "n\np\n\n\n\nw\n" | fdisk /dev/$VAR &> /dev/null
   
   #刷新分区表
   partprobe &> /dev/null
 
   #格式化
   mkfs.xfs /dev/${VAR}"1" &> /dev/null
 
   #创建挂载点
   mkdir -p /data/${VAR}"1" &> /dev/null
 
  #在 /etc/fstab配置开机自动挂载
   echo "/dev/${VAR}"1" /data/${VAR}"1" xfs defaults 0 0" >> /etc/fstab
done
#检测并挂载
mount -a  &> /dev/null

8.4 配置/etc/hosts文件

以Node1节点为例：
hostnamectl set-hostname node1
su

echo "192.168.19.3 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.19.4 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.19.5 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.19.6 node4" >> /etc/hosts

8.5 安装GFS

#将gfsrepo 软件上传到/opt目录下
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

#yum -y install centos-release-gluster			#如采用官方 YUM 源安装，可以直接指向互联网仓库
yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma

systemctl start glusterd.service 
systemctl enable glusterd.service
systemctl status glusterd.service

故障原因是版本过高导致
yum remove glusterfs-api.x86_64 glusterfs-cli.x86_64 glusterfs.x86_64 glusterfs-libs.x86_64 glusterfs-client-xlators.x86_64 glusterfs-fuse.x86_64 -y

8.6 添加节点到存储信任池中

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 status

在任意Node节点查看集群状态

九、创建卷

卷名	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)
卷名	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)

在任意node主机都可以操作。因为都关联起来了.

9.1 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.。在没有指传输协议时，默认使用tcp

#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

#查看卷列表
gluster volume list

#启动新建分布式卷
gluster volume start dis-volume

#查看创建分布式卷信息
gluster volume info dis-volume

9.2 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

#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