GFS分布式文件系统

一.GFS概述

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。

1.1MFS

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。

1.2GlusterFs

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。

1.3GlusterFS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。
①Scale-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。

二.GSF工作原理

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 虚拟接口收到请求并处理；
③ VFS 将数据递交给 FUSE 内核文件系统，这是一个伪文件系统，这个伪文件系统主要用来转存，它提供一个虚拟接口，映射出来/dev/fuse这样一个虚拟路径，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 会实时监听/dev/fuse下的数据，一旦数据更新，会把数据拿过来，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，server会先转存到本地的 vfs 虚拟文件系统中**，然后再通过 vfs 转存到EXT3上。EXT3指的是各个block块中的EXT3文件系统中。

三.GFS卷的类型

GlusterFS支持7种卷

3.1分布式卷

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。

3.2条带卷

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。

3.3复制卷

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。

3.4分布式条带卷

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。

3.5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）

3.6条带复制卷

类似RAID10，同时具有条带卷和复制卷的特点。

3.7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。

四.部署 GlusterFS 群集

4.1部署环境

Node1节点：node1/192.168.61.101         磁盘：/dev/sdb1            挂载点： /data/sdb1
                                            /dev/sdc1                    /data/sdc1
                                            /dev/sdd1                    /data/sdd1
                                            /dev/sde1                    /data/sde1
 
Node2节点：node2/192.168.61.102         磁盘：/dev/sdb1            挂载点： /data/sdb1
                                            /dev/sdc1                    /data/sdc1
                                            /dev/sdd1                    /data/sdd1
                                            /dev/sde1                    /data/sde1
 
Node3节点：node3/192.168.61.103         磁盘：/dev/sdb1            挂载点： /data/sdb1
                                            /dev/sdc1                    /data/sdc1
                                            /dev/sdd1                    /data/sdd1
                                            /dev/sde1                    /data/sde1
 
Node4节点：node4/192.168.61.104         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：192.168.61.200

4.2增加每node节点的磁盘，并刷新

########磁盘分区，格式化，挂载的脚本###################################
vim 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 ./fdisk.sh
cd /opt/
./fdisk.sh

4.3修改主机名，配置/etc/hosts文件

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

#所有节点配置hosts文件
echo "192.168.61.101 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.61.102 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.61.103 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.61.104 node4" >> /etc/hosts
cat /etc/hosts

4.4安装、启动GlusterFS（所有node节点）

#将gfsrepo 软件上传到/opt目录下

########配置本地源脚本#############
vim gfsrepo.sh

cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repo.bak
mv *.repo repo.bak
echo "
[glfs]
name=glfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1
" > glfs.repo

yum clean all && yum makecache
####################################

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

#####################################
 #执行权限
chmod +x ./gfsrepo.sh
./gfsrepo.sh

#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
 
#设置自启动
systemctl start glusterd.service 
systemctl enable glusterd.service
systemctl status glusterd.service

4.5添加节点到存储信任池中

##每台node添加对端信任点
#比如在node1，要添加2，3，4
gluster peer probe node1
gluster peer probe node2
gluster peer probe node3
gluster peer probe node4

gluster peer status       //查看群集状态

4.6创建卷（以下规则）

添加节点到存储信任池中后，可以在任意节点创建卷

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)

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    

gluster volume list  //查看卷列表
gluster volume start dis-volume  //启动新建分布式卷
gluster volume info dis-volume  //查看创建分布式卷信息

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       //启动新建条带卷
gluster volume info stripe-volume        //查看创建条带卷信息

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
gluster volume create rep-volume replica 2 node3:/data/sdb1 node4:/data/sdb1 force

gluster volume start rep-volume       //启动复制卷
gluster volume info rep-volume        //查看复制卷信息

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
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   //启动分布式条带卷
gluster volume info dis-stripe    //查看分布式条带卷

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
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    //启动
gluster volume info dis-rep     //查看

⑥查看各个卷集

gluster volume list

4.7部署 Gluster 客户端

客户端：192.168.61.200

①安装客户端软件

#将gfsrepo 软件上传到/opt目下 
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 glusterfs glusterfs-fuse

②创建挂载的目录

mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep}
ls /test

③配置客户端/etc/hosts文件

vim /etc/hosts
echo "192.168.61.101 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.61.102 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.61.103 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.61.104 node4" >> /etc/hosts

④挂载 Gluster 文件系统

#临时挂载
mount.glusterfs node1:dis-volume /test/dis
mount.glusterfs node1:stripe-volume /test/stripe
mount.glusterfs node1:rep-volume /test/rep
mount.glusterfs node1:dis-stripe /test/dis_stripe
mount.glusterfs node1:dis-rep /test/dis_rep

df -Th

#永久挂载
vim /etc/fstab
node1:dis-volume        /test/dis               glusterfs        defaults,_netdev        0 0
node1:stripe-volume     /test/stripe            glusterfs        defaults,_netdev        0 0
node1:rep-volume        /test/rep               glusterfs        defaults,_netdev        0 0
node1:dis-stripe        /test/dis_stripe        glusterfs        defaults,_netdev        0 0
node1:dis-rep           /test/dis_rep           glusterfs        defaults,_netdev        0 0

mount -a

实验遇到的报错
Mount failed. Please check the log file for more details.

原因：
创建的卷没有启动

⑤测试 Gluster 文件系统

写入文件

#客户端复制
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* /test/dis
cp /opt/demo* /test/stripe/
cp /opt/demo* /test/rep/
cp /opt/demo* /test/dis_stripe/
cp /opt/demo* /test/dis_rep/

查看各个文件的分布

#查看分布式文件分布                    
[root@node1 ~]# ls -lh /data/sdb1         #数据没有被分片
[root@node2 ~]# ls -lh /data/sdb1

#条带
[root@node1 ~]# ls -lh /data/sdc1         #数据被分片50% 没副本 没冗余
[root@node2 ~]# ll -h /data/sdc1          #数据被分片50% 没副本 没冗余

#复制
[root@node3 ~]# ll -h /data/sdb1          #数据没有被分片 有副本 有冗余      
[root@node4 ~]# ll -h /data/sdb1          #数据没有被分片 有副本 有冗余

#分布条带
[root@node1 ~]# ll -h /data/sdd1          #数据被分片50% 没副本 没冗余
[root@node2 ~]# ll -h /data/sdd1
[root@node3 ~]# ll -h /data/sdd1
[root@node4 ~]# ll -h /data/sdd1

#分布复制
[root@node1 ~]# ll -h /data/sde1          #数据没有被分片 有副本 有冗余
[root@node2 ~]# ll -h /data/sde1
[root@node3 ~]# ll -h /data/sde1
[root@node4 ~]# ll -h /data/sde1

⑥模拟节点故障，查看完整性

挂起任意节点或者关闭任意节点的glusterd服务来模拟故障

4.8GlusterFS的操作和设置

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 卷名 auth.deny  网段或者IP      #设置网段的所有IP地址都能访问卷（设置的卷） ##黑名单##

#仅允许 
gluster volume set 卷名 auth.allow 网段或者IP      #设置网段的所有IP地址都能访问卷（设置的卷） ##白名单##

posted @ 2022-12-09 21:40 索罗大魔王阅读(89) 评论(0) 编辑收藏举报

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