一、GlusterFS 概述
1.1 GlusterFS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。 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。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。 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。1.2 GlusterFS的特点
（一）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/0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。 （二）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。 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。 （四）弹性卷管理 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。 （五）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。 回到顶部二、GlusterFS 术语介绍
2.1 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存储目录。2.2 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。 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。2.4 VFS
内核空间对用户空间提供的访问磁盘的接口。2.5 Glusterd（后台管理进程）
在存储群集中的每个节点上都要运行。 回到顶部三、理解 GlusterFS 工作流程
客户端或应用程序通过GlusterFS的挂载点访问数据。 linux系统内核通过VFS API收到请求并处理。 GlusterFS client 收到数据后，client 根据配置文件的配置对数据进行处理。 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。回到顶部
四、理解弹性 HASH 算法
4.1 弹性HASH算法概述
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。4.2 弹性HASH算法的优点
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。 回到顶部五、掌握七种类型的 GlusterFS 卷
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。5.1 分布式卷
1）分布式卷的介绍 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RAIDO,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。 示例： 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。 2）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。 #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:/dir35.2 条带卷
1）条带卷的介绍 类似RAID0，文件被分成数据块并以轮询的方式分布到多个BrickServer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。 2）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:/dir25.3 复制卷
1）复制卷的介绍 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。 #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:/dir25.4 分布式条带卷
1）分布式条带卷的介绍 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。 #示例原理: Filel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 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。5.5 分布式复制卷
1）分布式复制卷的介绍 #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。 #创建一个名为dis-rep的分布式条带卷，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:/dir45.6 条带复制卷
1）条带复制卷的介绍 类似RAID10，同时具有条带卷和复制卷的特点。5.7 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。 回到顶部六、掌握 GlusterFS 部署方法
1.环境准备工作： 服务器类型 系统和IP地址 需要安装的组件 node1服务器 CentOS7.4(64 位) 192.168.80.10 添加4块20G硬盘 node2服务器 CentOS7.4(64 位) 192.168.80.20 添加4块20G硬盘 node3服务器 CentOS7.4(64 位) 192.168.80.30 添加4块20G硬盘 node4服务器 CentOS7.4(64 位) 192.168.80.40 添加4块20G硬盘 2.关闭所有节点服务器的防火墙和SElinux systemctl stop firewalld systemctl disable firewalld setenforce 0 systemctl status firewalld.service 3.由于节点服务器的操作都一样，这里我仅展示node1的操作步骤 ① 编写脚本 [root@node1 ~] # vim /opt/fdisk.sh #!/bin/bash NEWDEV=`ls /dev/sd* | grep -o 'sd[b-z]' | uniq` 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
② 执行脚本并查看磁盘挂载情况
cd /opt/
./fdisk.sh
mount -a
df -h
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
文件系统 容量 已用 可用 已用% 挂载点
... ... ... ... ...
/dev/sdb1 20G 33M 20G 1% /data/sdb1
/dev/sdc1 20G 33M 20G 1% /data/sdc1
/dev/sdd1 20G 33M 20G 1% /data/sdd1
/dev/sde1 20G 33M 20G 1% /data/sde1
③ 添加临时DNS域名解析
echo "192.168.80.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.80.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.80.40 node4" >> /etc/hosts
cat /etc/hosts
④ 放入gfsrepo.zip安装包解压，然后创建glfs.repo配置文件
unzip gfsrepo.zip
cd /etc/yum.repos.d/
mv * repos.bak/
mv: 无法将目录"repos.bak" 移动至自身的子目录"repos.bak/repos.bak" 下
[root@node1 /etc/yum.repos.d] # ls
repos.bak
[root@node1 /etc/yum.repos.d] # vim glfs.repo #创建glfs.repo配置文件内容如下
[glfs]
name=glfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1
yum clean all && yum makecache
⑤ 安装gfs相关程序，然后开启服务。
yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma
systemctl start glusterd.service
systemctl enable glusterd.service
systemctl status glusterd.service
4.创建集群
[root@node1 yum.repos.d]# gluster peer probe node1 #添加node1
peer probe: success. Probe on localhost not needed
[root@node1 yum.repos.d]# gluster peer probe node2 #添加node2
peer probe: success.
[root@node1 yum.repos.d]# gluster peer probe node3 #添加node3
peer probe: success.
[root@node1 yum.repos.d]# gluster peer probe node4 #添加node4
peer probe: success.
[root@node1 yum.repos.d]# gluster peer status #查看状态
Number of Peers: 3
Hostname: node2
Uuid: ac9137b9-8ca5-43a1-8e4c-5af058fedc4e
State: Peer in Cluster (Connected)
Hostname: node3
Uuid: 4816542a-2425-4ccb-83e5-ee08e0fd0188
State: Peer in Cluster (Connected)
Hostname: node4
Uuid: 87dfb325-b90a-4a8c-9204-8013754ba49b
State: Peer in Cluster (Connected)
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七、创建对应的卷
要求如下： 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)7.1 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 [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume create dis-volume node1:/data/sdb1 node2:/data/sdb1 force volume create: dis-volume: success: please start the volume to access data dis-volume [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume start dis-volume volume start: dis-volume: success [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume info dis-volume Volume Name: dis-volume Type: Distribute Volume ID: 057d9ba4-800d-477b-904b-e43f136e4297 Status: Started Snapshot Count: 0 Transport-type: tcp Bricks: Brick1: node1:/data/sdb1 Brick2: node2:/data/sdb1 Options Reconfigured: transport.address-family: inet nfs.disable: on
7.2 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 [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume create stripe-volume stripe 2 node1:/data/sdc1 node2:/data/sdc1 force volume create: stripe-volume: success: please start the volume to access data [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume start stripe-volume volume start: stripe-volume: success [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume info stripe-volume Volume Name: stripe-volume Type: Stripe Volume ID: ab23d1af-941e-4310-842b-2b4c4c89e50d Status: Started Snapshot Count: 0 Number of Bricks: 1 x 2 = 2 Transport-type: tcp Bricks: Brick1: node1:/data/sdc1 Brick2: node2:/data/sdc1 Options Reconfigured: transport.address-family: inet nfs.disable: on
7.3 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 [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume create rep-volume replica 2 node3:/data/sdb1 node4:/data/sdb1 force volume create: rep-volume: success: please start the volume to access data [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume start rep-volume volume start: rep-volume: success [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume info rep-volume Volume Name: rep-volume Type: Replicate Volume ID: d511d0f1-e61f-4b43-8d59-354071846e9f Status: Started Snapshot Count: 0 Number of Bricks: 1 x 2 = 2 Transport-type: tcp Bricks: Brick1: node3:/data/sdb1 Brick2: node4:/data/sdb1 Options Reconfigured: transport.address-family: inet nfs.disable: on
7.4 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 [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume create dis-stripe stripe 2 node1:/data/sdd1 node2:/data/sdd1 node3:/data/sdd1 node4:/data/sdd1 force volume create: dis-stripe: success: please start the volume to access data [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume start dis-stripe volume start: dis-stripe: success [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume info dis-stripe Volume Name: dis-stripe Type: Distributed-Stripe Volume ID: 9ac553dd-ae1a-447b-8fab-e502003adb17 Status: Started Snapshot Count: 0 Number of Bricks: 2 x 2 = 4 Transport-type: tcp Bricks: Brick1: node1:/data/sdd1 Brick2: node2:/data/sdd1 Brick3: node3:/data/sdd1 Brick4: node4:/data/sdd1 transport.address-family: inet nfs.disable: on
7.5 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 [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume create dis-rep replica 2 node1:/data/sde1 node2:/data/sde1 node3:/data/sde1 node4:/data/sde1 force volume create: dis-rep: success: please start the volume to access data [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume start dis-rep volume start: dis-rep: success [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume info dis-rep Volume Name: dis-rep Type: Distributed-Replicate Volume ID: c6576656-f6c6-4eb1-a96c-ad8c12daf624 Status: Started Snapshot Count: 0 Number of Bricks: 2 x 2 = 4 Transport-type: tcp Bricks: Brick1: node1:/data/sde1 Brick2: node2:/data/sde1 Brick3: node3:/data/sde1 Options Reconfigured: transport.address-family: inet nfs.disable: on [root@node1 yum.repos.d]# gluster volume list dis-rep dis-stripe dis-volume rep-volume stripe-volume
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八、部署客户端并创建测试文件
8.1 部署客户端并创建测试文件的步骤
1.关闭防火墙和SElinux [root@client ~]# systemctl stop firewalld [root@client ~]# systemctl disable firewalld [root@client ~]# systemctl status firewalld.service 2.放入压缩包并解压 [root@client ~]# cd /opt/ [root@client opt]# ls 3.备份之前的本地yum源，创建glfs源 [root@client opt]# cd /etc/yum.repos.d/ [root@client yum.repos.d]# ls local.repo repo.bak [root@client yum.repos.d]# vim glfs.repo [root@client yum.repos.d]# yum clean all && yum makecache [root@client yum.repos.d]# yum -y install glusterfs glusterfs-fuse 4.创建目录（用于后面挂载），添加DNF临时域名解析 [root@client yum.repos.d]# mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep} [root@client yum.repos.d]# ls /test/ dis dis_rep dis_stripe rep stripe [root@client yum.repos.d]# echo "192.168.80.10 node1" >> /etc/hosts [root@client yum.repos.d]# echo "192.168.80.20 node2" >> /etc/hosts [root@client yum.repos.d]# echo "192.168.80.30 node3" >> /etc/hosts [root@client yum.repos.d]# echo "192.168.80.40 node4" >> /etc/hosts [root@client yum.repos.d]# cat /etc/hosts 127.0.0.1 localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4 ::1 localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6 192.168.80.10 node1 192.168.80.20 node2 192.168.80.30 node3 192.168.80.40 node4 5.挂载之前创建的卷 [root@client yum.repos.d]# mount.glusterfs node1:dis-volume /test/dis [root@client yum.repos.d]# mount.glusterfs node1:stripe-volume /test/stripe [root@client yum.repos.d]# mount.glusterfs node1:rep-volume /test/rep [root@client yum.repos.d]# mount.glusterfs node1:dis-stripe /test/dis_stripe [root@client yum.repos.d]# mount.glusterfs node1:dis-rep /test/dis_rep [root@client yum.repos.d]# df -h 文件系统 容量 已用 可用 已用% 挂载点 .... ... .... .... .... node1:dis-volume 40G 65M 40G 1% /test/dis node1:stripe-volume 40G 65M 40G 1% /test/stripe node1:rep-volume 20G 33M 20G 1% /test/rep node1:dis-stripe 80G 130M 80G 1% /test/dis_stripe node1:dis-rep 40G 65M 40G 1% /test/dis_rep [root@client yum.repos.d]# 6.使用dd命令从/dev/zero文件中复制40M的数据到测试文件中 [root@client yum.repos.d]# dd if=/dev/zero of=/opt/demo1.log bs=1M count=40 记录了40+0 的读入 记录了40+0 的写出 41943040字节(42 MB)已复制，0.0604672 秒，694 MB/秒 [root@client yum.repos.d]# dd if=/dev/zero of=/opt/demo2.log bs=1M count=40 记录了40+0 的写出 41943040字节(42 MB)已复制，0.0578344 秒，725 MB/秒 [root@client yum.repos.d]# dd if=/dev/zero of=/opt/demo3.log bs=1M count=40 记录了40+0 的读入 记录了40+0 的写出 41943040字节(42 MB)已复制，0.0615882 秒，681 MB/秒 [root@client yum.repos.d]# dd if=/dev/zero of=/opt/demo4.log bs=1M count=40 记录了40+0 的读入 记录了40+0 的写出 41943040字节(42 MB)已复制，0.0554032 秒，757 MB/秒 [root@client yum.repos.d]# dd if=/dev/zero of=/opt/demo5.log bs=1M count=40 记录了40+0 的读入 记录了40+0 的写出 41943040字节(42 MB)已复制，0.0593443 秒，707 MB/秒 7.将测试文件分别复制到各个卷中 [root@client yum.repos.d]# cp /opt/demo* /test/dis [root@client yum.repos.d]# cp /opt/demo* /test/stripe/ [root@client yum.repos.d]# cp /opt/demo* /test/rep/ [root@client yum.repos.d]# cp /opt/demo* /test/dis_stripe/ [root@client yum.repos.d]# cp /opt/demo* /test/dis_rep/ 8.2 部署客户端并创建测试文件的具体操作步骤 1.关闭防火墙和SElinux
2.放入压缩包并解压
3.备份之前的本地yum源，创建glfs源，安装相关程序
4.创建目录（用于后面挂载），添加DNF临时域名解析
5.挂载之前创建的卷
6.使用dd命令从/dev/zero文件中复制40M的数据到测试文件中
7.将测试文件分别复制到各个卷中
