GFS分布式文件系统
本章结构
1、GFS概述
2、GFS特点
3、GFS术语
4、GFS工作原理
5、GFS的卷类型
6、部署集群环境
7、创建卷，部署客户端，测试文件系统
8、其他维护命令
一、GFS概述
GlusterFS 是一个开源的分布式文件系统。（文件系统：负责让数据用什么格式保存在磁盘中的一个技术点）
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。
无元数据服务器（元数据服务器就是保存数据的地方）。
扩展存储容量，提高性能，并通过多个互联网络的存储节点的数据进行冗余，确保数据的可用性和一致性。
二、GFS特点
1、扩展性和高性能（分布式的特点）
2、高可用性（冗余的特点）
3、全局统一命名空间
4、弹性卷管理（raid）
5、基于标准协议
三、GFS术语（Brick,Volume,FUSE,VFS,Glusterd）
1、Brick(块存储服务器)：实际存储用户数据的服务器（相当于逻辑卷中的PE）。
2、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。
3、FUSE(用户空间的文件系统)：用户的空间的文件系统（类似EXT4）。
4、VFS(虚拟接口)：用户提交请求给VFS，然后VFS交给FUSE，再交给GFS客户端，最后由客户端交给服务端进行存储。
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gluster完成。
四、GFS工作原理
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。
（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。
五、GlusterFS的卷类型
有七种
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 分布式条带复制卷
一般讨论前五个
1、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 文件只能保存在一个server中 一个卷坏了会导致数据缺失
特点：①，文件分布在不同的服务器，不具备冗余性。
②，更容易并且廉价的扩展卷的大小
③，单点故障会造成数据丢失
④，依赖底层的数据保护
创建命令：
#创建一个名为dis-volume的分布式卷，文件将根据HASH分布在server1:/dir1、server2:/dir2和server3:/dir3中
gluster volume create dis-volume server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3
2、条带卷
根据偏移量将文件分为N块(N个条带节点)，轮询存储在每个Brick Server节点
存储大文件的性能突出 不具备冗余性，类似于Raid0
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
#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
3、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。
特点：①，卷中所有的服务器均保存一个完整的版本
②，卷的副本数量可由客户创建时决定，但是复制必须等于卷中Brick所包含的存储服务器数
③，至少由两个服务器
④，具备冗余性
#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
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，至少需要4台服务器
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。
创建命令:
#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
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。
创建命令:
#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
总结：GFS卷类型管理
分布式卷、条带卷、复制卷、分布式条带卷、分布式复制卷
1、分布式卷:以文件为单位来通过hash算法在各个Brick中，不具备冗余能力。
2、条带卷:把文件进行分块，轮询的分布在各个Brick中，不具备冗余能力
3、复制卷:把文件在各个Brick中做存储，具备冗余能力
4、分布式条带卷:不具备冗余能力，至少需要4个Brick Brick>=条代数的2倍 一个Brick就是一台主机
5、具备冗余能力，至少要4个Brick Brick数量>=副本数的2倍
六、部署GlusterFS集群实验
Node1节点：node1/192.168.88.10 磁盘：/dev/sdb1 挂载点：/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1Node2节点：node2/192.168.88.20 磁盘：/dev/sdb1 挂载点：/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1Node3节点：node3/192.168.88.30 磁盘：/dev/sdb1 挂载点：/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1Node4节点：node4/192.168.88.40 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：192.168.88.50
1、
关闭防火墙及安全机制并改名
在每个Node节点（服务器）新建四个盘并重启服务器
2、磁盘分区，并挂载
3．修改主机名，配置/etc/hosts文件
主机名之前已经修改过了
创建本地DNS
安装、启动GlusterFS（所有node节点上操作）
将gfsrepo 软件上传到/opt目录下并解压
编写创建本地源脚本，并执行
安装glusterd服务，并启动
添加节点到存储信任池中（在 node1 节点上操作）
#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
========根据以下规划创建卷=========
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)
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
#查看卷列表
#启动新建分布式卷
#查看创建分布式卷信息
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
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
4、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
5．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
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 (前面已经做过了)
2．创建挂载目录
3．配置 /etc/hosts 文件
echo "192.168.88.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.88.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.88.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.88.40 node4" >> /etc/hosts
4．挂载 Gluster 文件系统
#临时挂载
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
创建文件夹
2．查看文件分布
#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