GFS分布式文件系统
1、GlusterFS简介
GlusterFS（GFS）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。
MFS
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和目录结构等；
能够高效的浏览目录；但无法应对单点故障，一旦元数据服务器出现故障，整个存储系统也将崩溃
GFS分布式文件系统
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
在存储数据方面具有强大的横向扩展能力，能够支持数PB存储容量和处理数千客户端
2、GFS的特点：
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。
3、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 192.168.10.14:/data/mydir/。Volume（逻辑卷）：
一个逻辑卷是卷上进行的。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。
伪文件系统 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）： 服务端
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 的工作流程☆☆☆
（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。通过poll指向客户端
（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，并且将数据通过VFS接口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。
文件存储
linux7以前用ext4
linux7及之后用xfs
对象存储
GFS、Ceph、fastdfs
云端
OSS、阿里云
GlusterFS的卷类型
支持七种类型卷，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
分布式卷：以文件为单位通过hash值散列在各个brick中，不具备冗余能力
条带卷：把文件数据进行分块，轮询的分布在各个brick中，不具备冗余能力
复制卷：把文件在各个brick中做镜像存储，具备冗余能力
分布式条带卷：不具备冗余能力，至少需要4个brick，brick数量>=条带数的2倍
分布式复制卷：具备冗余能力，至少需要4个brick，brick数量>=副本数的2倍分布式卷
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
条带卷
根据偏移量将文件分成N块（N个条带节点），轮询的存储在每个Brick Srever节点
存储大文件时，性能突出
不具备冗余性，类似Raid0
复制卷
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
若多个节点上的储存空间不一致，将按照木桶效应取最低节点的容量作为该卷的总容量
分布式条带卷
兼顾分布式卷和条带卷的功能
主要用于大文件访问处理
至少需要四台服务器
分布式复制卷
兼顾分布式卷和复制卷的功能
用于需要冗余的情况
部署GlusterFS群集
准备环境（在所有node节点上操作）
机器
Node1节点：node1/192.168.220.101
磁盘：/dev/sdb1 挂载点：/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1
Node2节点：node2/192.168.220.102
磁盘：/dev/sdb1 挂载点：/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1
Node3节点：node3/192.168.220.103
磁盘：/dev/sdb1 挂载点：/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1
Node4节点：node4/192.168.220.104
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：192.168.220.20
1．关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 02．磁盘分区，并挂载
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
chmod +x /opt/fdisk.sh
cd /opt/
./fdisk.sh3．修改主机名，配置/etc/hosts文件
#以Node1节点为例：
hostnamectl set-hostname node1
su
echo "192.168.220.101 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.220.102 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.220.103 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.220.104 node4" >> /etc/hosts
cat /etc/hosts安装、启动GlusterFS（所有node节点上操作）
cd /opt
#添加gfsrepo.zip文件到opt目录下
#然后解压
unzip gfsrepo.zip
#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
#启动
systemctl start glusterd.service
#设置开机自启
systemctl enable glusterd.service
#查看状态
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
添加节点到存储信任池中（在 node1 节点上操作）
#只需要在一台Node节点上添加其它节点即可
gluster peer probe 主机名
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
创建卷
#根据规划创建如下卷：
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
#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
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-volume3．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-volume4．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-stripe5．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
#查看当前所有卷的列表
gluster volume list
部署 Gluster 客户端
1．安装客户端软件
#将gfsrepo 软件上传到/opt目下
#然后解压
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-fuse2．创建挂载目录
mkdir /opt/test
mkdir -p /opt/test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep}
ls /opt/test3．配置 /etc/hosts 文件
echo "192.168.220.101 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.220.102 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.220.103 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.220.104 node4" >> /etc/hosts4．挂载 Gluster 文件系统
#临时挂载
mount.glusterfs node1:dis-volume /opt/test/dis
mount.glusterfs node1:stripe-volume /opt/test/stripe
mount.glusterfs node1:rep-volume /opt/test/rep
mount.glusterfs node1:dis-stripe /opt/test/dis_stripe
mount.glusterfs node1:dis-rep /opt/test/dis_rep
df -Th
#永久挂载
vim /etc/fstab
node1:dis-volume /opt/test/dis glusterfs defaults,_netdev 0 0
node1:stripe-volume /opt/test/stripe glusterfs defaults,_netdev 0 0
node1:rep-volume /opt/test/rep glusterfs defaults,_netdev 0 0
node1:dis-stripe /opt/test/dis_stripe glusterfs defaults,_netdev 0 0
node1:dis-rep /opt/test/dis_rep glusterfs defaults,_netdev 0 0
测试 Gluster 文件系统
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
ls -lh /opt
cp /opt/demo* /opt/test/dis
cp /opt/demo* /opt/test/stripe/
cp /opt/demo* /opt/test/rep/
cp /opt/demo* /opt/test/dis_stripe/
cp /opt/demo* /opt/test/dis_rep/
2．查看文件分布(node节点)
#查看分布式文件分布
[root@node1 ~]# ls -lh /data/sdb1 #数据没有被分片
总用量 160M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo4.log
[root@node2 ~]# ll -h /data/sdb1
总用量 40M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo5.log
#查看条带卷文件分布
[root@node1 ~]# ls -lh /data/sdc1 #数据被分片50% 没副本 没冗余
总用量 101M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo5.log
[root@node2 ~]# ll -h /data/sdc1 #数据被分片50% 没副本 没冗余
总用量 101M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo5.log
#查看复制卷分布
[root@node3 ~]# ll -h /data/sdb1 #数据没有被分片 有副本 有冗余
总用量 201M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo5.log
[root@node4 ~]# ll -h /data/sdb1 #数据没有被分片 有副本 有冗余
总用量 201M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo5.log
#查看分布式条带卷分布
[root@node1 ~]# ll -h /data/sdd1 #数据被分片50% 没副本 没冗余
总用量 81M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo4.log
[root@node2 ~]# ll -h /data/sdd1
总用量 81M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo4.log
[root@node3 ~]# ll -h /data/sdd1
总用量 21M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo5.log
[root@node4 ~]# ll -h /data/sdd1
总用量 21M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo5.log
#查看分布式复制卷分布 #数据没有被分片 有副本 有冗余
[root@node1 ~]# ll -h /data/sde1
总用量 161M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo4.log
[root@node2 ~]# ll -h /data/sde1
总用量 161M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo4.log
[root@node3 ~]# ll -h /data/sde1
总用量 41M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo5.log
[root@node3 ~]#
[root@node4 ~]# ll -h /data/sde1
总用量 41M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo5.log破坏性测试
#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 test]# 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 12月 18 14:50 demo1.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:50 demo2.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:50 demo3.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:50 demo4.log
#条带卷
[root@localhost test]# 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 12月 18 14:51 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 12月 18 14:52 demo1.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo2.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo3.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo4.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 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 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:51 demo4.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:51 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 12月 18 14:52 demo1.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo2.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo3.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo4.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo5.log##### 上述实验测试，凡是带复制数据，相比而言，数据比较安全 #####
#扩展其他的维护命令：
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.deny 192.168.80.100
#仅允许
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.80.* #设置192.168.80.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷（分布式复制卷）安装报错：版本过高，先解除依赖关系
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