GFS分布式文件系统 （条带卷/复制卷/分布式条带卷/分布式复制卷）
2021/10/6 6:12:31
本文主要是介绍GFS分布式文件系统 （条带卷/复制卷/分布式条带卷/分布式复制卷），对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！
一、GlusterFS简介
- 开源的分布式文件系统
- 由存储服务器、客户端以及NFS/Samba 存储网关组成
- 无元数据服务器
FS：文件系统
文件系统组成：
1、文件系统接口
2、对对像管理的软件集合
3、对象及属性
二、GlusterFS特点
- 扩展性和高性能
-
(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/0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
-
三、GlusterFS术语
1、Brick（块存储服务器）实际存储用户数据的服务器
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192.168.80.10:/data/mydir/
2、Volume本地文件系统的"分区" 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用户空间的文件系统（类别EXT4），”这是一个伪文件系统“，用户端的交换模块 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（虚拟端口）内核态的虚拟文件系统，用户是提交请求给VFS 然后VFS交给FUSH，再交给GFS客户端，最后由客户端交给远端的存储 内核空间对用户空间提供的访问磁盘的接口
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glusterd完成 在存储群集中的每个节点上都要运行
小结：使用GFS会使用到以上的虚拟文件系统
四、GlusterFS构成
模块化堆栈式架构
- 模块化、堆栈式的架构
- 通过对模块的组合，实现复杂的功能
1、API：应用程序编程接口
2、模块化：每个模块可以提供不同的功能
3、堆栈式：同时启用多个模块，多个功能可以组合，实现复杂的功能
1、I/O cache：I/O缓存
2、read ahead：内核文件预读
3、distribute/stripe：分布式、条带化
4、Gige：千兆网/千兆接口
5、TCP/IP：网络协议
6、InfiniBand：网络协议，与TCP/IP相比，TCP/IP具有转发丢失数据包的特性，基于此通信协议可能导致通信变慢，而IB使用基于信任的、流控制的机制来保证连接完整性
7、RDMA：负责数据传输，有一种数据传输协议，功能：为了解决传输过程中客户端与服务器端数据处理的延迟
解读上图：
上半部分为客户端，中间为网络层，下半部分为服务端
1、封装多个功能模块，组成堆栈式的结构，来实现复杂的功能
2、然后以请求的方式与客户端进行交互，客户端与服务端进行交互，由于可能会存在系统兼容问题，需要通过posix来解决系统兼容性问题，让客户端的命令通过posix过滤后可以在服务端执行
上图
1、外来一个请求，例：用户端申请创建一个文件，客户端或应用程序通过GFS的挂载点访问数据
2、linux系统内容通过VFSAPI收到请求并处理
3、VFS将数据递交给FUSE内核文件系统，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
4、GlusterFS client端收到数据后，会根据配置文件的配置对数据进行处理
5、再通过网络，将数据发送给远端的ClusterFS server，并将数据写入到服务器储存设备上
6、server再将数据转交给VFS伪文件系统，再由VFS进行转存处理，最后交给EXT3
五、后端存储如何定位文件
-
弹性HASH算法
通过HASH算法得到一个固定长度的数据（这里是32位整数）
通常情况下，不同数据得到的结果是不同的 -
为了解决分布式文件数据索引、定位的复杂程度，而使用了HASH算法来辅助
六、GFS支持的七种卷
1、分布式卷（默认）：文件通过HASH算法分布到所有Brick Server上，这种卷是GFS的基础；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，并不具备容错能力，属于文件级RAID 0
2、条带卷（默认）：类似RAID 0，文件被分成数据库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
3、复制卷（Replica volume）：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
4、分布式条带卷（Distribute Stripe volume）：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的特点
5、分布式复制卷（Distribute Replica volume）：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
6、条带复制卷（Stripe Replca 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
七、GFS部署
1、集群环境
Node1节点：node1/192.168.159.10 磁盘： /dev/sdb1 挂载点： /data/sdb1 /dev/sdc1 /data/sdc1 /dev/sdd1 /data/sdd1 /dev/sde1 /data/sde1 Node2节点：node2/192.168.159.20 磁盘： /dev/sdb1 挂载点： /data/sdb1 /dev/sdc1 /data/sdc1 /dev/sdd1 /data/sdd1 /dev/sde1 /data/sde1 Node3节点：node3/192.168.159.30 磁盘： /dev/sdb1 挂载点： /data/sdb1 /dev/sdc1 /data/sdc1 /dev/sdd1 /data/sdd1 /dev/sde1 /data/sde1 Node4节点：node4/192.168.159.40 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：192.168.159.50=====
1、首先，每台节点添加四块磁盘，仅做实验，无需太大
2、然后，重启服务器，准备开始部署
2、更改节点名称
node1（192.168.159.10）
hostname node1 su -
node2（192.168.159.20）
hostname node2 su -
node3（192.168.159.30）
hostname node3 su -
node4（192.168.159.40）
hostname node4 su -
3、节点进行磁盘挂载，安装本地源并启动GlusterFS
所有节点（这里使用node1作为示范）
1.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.sh
2.修改主机名，配置/etc/hosts文件
#以Node1节点为例：
hostnamectl set-hostname node1
su
echo "192.168.116.60 node1" >> /etc/hosts #做IP与主机名映射
echo "192.168.116.70 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.116.80 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.116.90 node4" >> /etc/hosts
通过scp将脚本传输到其他node服务器上
全部分区及挂载
做IP和主机名的映射
直接传到其他几个node节点
安装本地源并启动GlusterFS
----- 安装、启动GlusterFS (所有node节点上操作) ----- #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 systemctl start glusterd. service systemctl enable glusterd. service systemctl status glusterd. service
========添加节点到存储信任池/群集中（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) 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-volume 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 gluster volume info rep-volume 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 gluster volume info dis-stripe 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 gluster volume info dis-rep gluster volume list
八.客户端部署与测试
1.将gfsrepo软件.上传到/opt目录下
2.配置本地yum源
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
3.创建挂载目录
mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep}
ls /test
4.配置/etc/hosts 文件
echo "192.168.116.60 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.116.70 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.116.80 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.116.90 node4" >> /etc/hosts
5.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
======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 demo* /test/dis
cp demo* /test/stripe/
cp demo* /test/rep/
cp demo* /test/dis_stripe/
cp demo* /test/dis_rep/
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 dis]# ll #在客户端上发现少了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 text]# cd stripe/ #无法访问，条带卷不具备冗余性
[root@localhost stripe]# ll
总用量 0
#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 #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
#测试分布式条带卷是否正常
[root@localhost dis_stripe]# ll #在客户机上测试正常 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 #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
测试总结
凡是带复制的卷，相比而言，数据比较安全
分布式卷文件分布：数据不被分片
条带卷文件分布：数据被分片 ，没副本 ，没冗余
复制卷文件分布：数据不被分片，有副本，可以冗余
分布式条带卷文件分布：数据被分片，无副本，没冗余
分布式复制卷文件分布：数据不被分片，有副本，可以冗余
补充：
其它GFS常用命令
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.allow 192.168.200.100 #仅允许 gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.200.* #设置192.168.200.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷（分布式复制卷）
这篇关于GFS分布式文件系统 （条带卷/复制卷/分布式条带卷/分布式复制卷）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！
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