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)

 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
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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

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)

 

 

 

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 - 

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node2(192.168.159.20)

hostname node2
su -

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node3(192.168.159.30)

hostname node3
su -

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node4(192.168.159.40)

hostname node4
su -

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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

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 通过scp将脚本传输到其他node服务器上

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 全部分区及挂载

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 做IP和主机名的映射

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 直接传到其他几个node节点

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 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

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========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

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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
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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)

  

  

 

 

 

 

 

  

  

 

 

  

  

 

 

 

  

  

  

  

  

 

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