GFS分布式文件系统

标签：条带 GFS gluster dev volume 分布式文件系统 data 分布式

一、GlusterFS简述

（1）GlusterFS是一个开源的分布式文件系统

（2）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

（3）传统的MFS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。而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

（4）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

（5）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

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

（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

2.高可用性

（1）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

（2）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

（3）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

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虚拟存储池，供前端主机访问这些节点完成数据读写操作

4.弹性卷管理

（1）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

（2）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

（3）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

5.基于标准协议

（1）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

（2）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、Gluster术语

1、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 192.168.80.11:/opt/gxd

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，类似于 LVM 中的逻辑卷。大部分Gluster管理操作是在卷上进行的

3、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

4、VFS

内核空间对用户空间提供的访问磁盘的接口

5、Glusterd（后台管理进程）

在存储群集中的每个节点上都要运行

四、模块化堆栈式架构

1、GlusterFS 采用模块化、堆栈式的架构

2、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

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 

六、弹性HASH算法

1、简介

（1）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（2的32次方）

（2）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

（3）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

2、弹性HASH算法的优点

（1）保证数据平均分布在每一个Brick中

（2）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、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（Distribute volume）

（1）概念

•  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

（2）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Server1上，要么在Server2上，不能分块同时存放在Server1和Server2上

（3）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

（4）创建分布巻的格式

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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（Stripe volume）

（1）概念

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　

（2）示例原理

 

 File被分割为6段，1、3、5 放在Server1，2、4、6 放在Server2

（3）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　

（4）创建条带巻的格式

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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（Replica volume）

（1）概念

•  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

（2）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

（3）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

（4）创建复制巻的格式

1 2	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（Distribute Stripe volume）

（1）概念

•  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

（2）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

（3）创建分布式条带卷的格式

1 2 3

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

（4）补充说明

•  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（Distribute Replica volume）

（1）概念

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

（2）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 

（3）创建分布式复制卷的格式

1 2 3

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（Stripe Replica volume）

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（Distribute Stripe Replicavolume）

三种基本卷的复合卷，通常用于类Map Reduce应用　　

八、部署GlusterFS群集

1、思路

节点/ip	磁盘准备	挂载点
Node1节点：node1/192.168.142.3	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1 /data/sde1
Node2节点：node1/192.168.142.4	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1 /data/sde1
Node3节点：node1/192.168.142.5	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1 /data/sde1
Node4节点：node1/192.168.142.6	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1 /data/sde1
客户端节点：192.168.142.10

2、准备环境（所有node节点上操作）

（1）关闭防火墙

1 2	systemctl stop firewalld setenforce 0

 

（2）磁盘分区，并挂载

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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.sh   fdisk -l 查看磁盘分区情况 df -lh   查看磁盘挂载情况

 

 

 

 

（3）修改主机名，配置/etc/hosts文件

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#以Node1节点为例： hostnamectl set-hostname node1 su   echo "192.168.142.3 node1" >> /etc/hosts echo "192.168.142.4 node2" >> /etc/hosts echo "192.168.142.5 node3" >> /etc/hosts echo "192.168.142.6 node4" >> /etc/hosts

 

 

 

 

3、安装、启动GlusterFS（所有node节点上操作）

（1）将gfsrepo软件包上传到/opt目录下

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scp -r /opt/gfsrepo/  192.168.142.4:/opt/ scp -r /opt/gfsrepo/  192.168.142.5:opt/ scp -r /opt/gfsrepo/  192.168.142.6:/opt/

 

 

 

 

（2）修改yum源

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vim local.repo [local] name=local baseurl=file:///opt/gfsrepo gpgcheck=0 enabled=1   yum clean all && yum makecache

 

 

 

（3）安装软件包并启动glusterd服务

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yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma   systemctl start glusterd.service systemctl enable glusterd.service systemctl status glusterd.service

 

 

 

4、添加节点到存储信任池中（在node1节点上操作）

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#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

 

 

 

5、创建卷

（1）根据规划创建如下卷

卷名称	卷类型	Brick
fbs	分布式卷	node1(/data/sdb1)、node2(/data/sdb1)
td	条带卷	node1(/data/sdc1)、node2(/data/sdc1)
fz	复制卷	node3(/data/sdb1)、node4(/data/sdb1)
fbstd	分布式条带卷	node1(/data/sdd1)、node2(/data/sdd1)、node3(/data/sdd1)、node4(/data/sdd1)
fbsfz	分布式复制卷	node1(/data/sde1)、node2(/data/sde1)、node3(/data/sde1)、node4(/data/sde1)

（2）创建分布式卷

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#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 fbs node1:/data/sdb1 node2:/data/sdb1 force(强制)     #查看卷列表 gluster volume list   #启动新建分布式卷 gluster volume start fbs   #查看创建分布式卷信息 gluster volume info fbs

 

（3）创建条带卷

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#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 td stripe 2 node1:/data/sdc1 node2:/data/sdc1 force gluster volume start td gluster volume info td

 

（4）创建复制卷

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#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 fz replica 2 node3:/data/sdb1 node4:/data/sdb1 force gluster volume start fz gluster volume info fz

 

（5）创建分布式条带卷

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#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 fbstd stripe 2 node1:/data/sdd1 node2:/data/sdd1 node3:/data/sdd1 node4:/data/sdd1 force gluster volume start fbstd gluster volume info fbstd

 

（6）创建分布式复制卷

1 2 3 4

#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 fbsfz replica 2 node1:/data/sde1 node2:/data/sde1 node3:/data/sde1 node4:/data/sde1 force gluster volume start fbsfz gluster volume info fbsfz

 

（7）查看当前所有卷的列表

1	gluster volume list

 

6、部署Gluster客户端

（1）将gfsrepo软件上传到/opt目下

 

 

 

 

 

（2）修改yum源

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vim local.repo [local] name=local baseurl=file:///opt/gfsrepo gpgcheck=0 enabled=1   yum clean all && yum makecache yum -y install glusterfs glusterfs-fuse

 

 

 

（3）创建挂载目录

1 2	mkdir -p /test/{fbs,td,fz,fbstd,fbsfz} ls /test

 

（4） 配置/etc/hosts文件

vim /etc/hosts

127.0.0.1 localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
::1 localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6

1

192.168.142.3 node1
192.168.142.4 node2
192.168.142.5 node3
192.168.142.6 node4

 

（5）挂载Gluster文件系统

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永久挂载 vim /etc/fstab node1:fenbu     /test/fenbu     glusterfs       defaults,_netdev        0 0 node1:td        /test/td            glusterfs       defaults,_netdev        0 0 node1:fz        /test/fz        glusterfs       defaults,_netdev        0 0 node1:fbstd     /test/fbstd     glusterfs       defaults,_netdev        0 0 node1:fbsfz     /test/fbsfz     glusterfs       defaults,_netdev        0 0   mount -a df -hT

 

 

 

7、测试Gluster文件系统

（1）卷中写入文件（客户端操作）

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cd /opt dd if=/dev/zero of=/opt/jc1.log bs=1M count=40 dd if=/dev/zero of=/opt/jc2.log bs=1M count=40 dd if=/dev/zero of=/opt/jc3.log bs=1M count=40 dd if=/dev/zero of=/opt/jc4.log bs=1M count=40 dd if=/dev/zero of=/opt/jc5.log bs=1M count=40   ls -lh /opt   cp /opt/jc* /test/fbs/ cp /opt/jc* /test/td/ cp /opt/jc* /test/fz/ cp /opt/jc* /test/fbstd/ cp /opt/jc* /test/fbsfz/

 

 

 

（2）查看文件分布

查看分布式文件分布

 

 

 

查看条带卷文件分布

 

 

 

查看复制卷分布

 

 

 

查看分布式条带卷分布

 

 

 

 

查看分布式复制卷分布

 

 

 

 

8、破坏性测试

1 2	挂起node2节点或者关闭glusterd服务来模拟故障 systemctl stop glusterd.service

（1）查看分布式卷(客户端)

 

（2）查看条带卷

 

（3）查看分布式复制卷

 

（4）查看分布式条带卷

 

（5）查看分布式复制卷

 

9、其他的维护命令

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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 fbs   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 fbs   6．设置卷的访问控制 #仅拒绝 gluster volume set dis-rep auth.deny 192.168.142.3   #仅允许 gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.142.*   #设置192.168.80.0网段的所有IP地址都能访问fbs卷（分布式复制卷）

标签：条带,GFS,gluster,dev,volume,分布式文件系统,data,分布式
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