GFS分布式文件系统

2024-04-17 14:24:54

一、GFS概述

二、GFS的特点

三、GFS的术语

四、GFS的工作原理

五、弹性 HASH 算法

编辑六、GFS的卷类型

1.分布式卷

2、条带卷（Stripe volume）

3、复制卷（Replica volume）

4、分布式条带卷（Distribute Stripe volume）

5、分布式复制卷（Distribute Replica volume）

6、条带复制卷（Stripe Replica volume）

7、分布式条带复制卷（Distribute Stripe Replicavolume）

七、部署 GlusterFS 群集

1.准备环境

2.磁盘分区，并挂载

3.修改主机名，配置/etc/hosts文件

4.安装、启动

5.添加节点到存储信任池中（在任意一个节点上操作即可，此处在node1）

六、创建卷

1、操作均在node1，要求规划如下

2.创建分布式卷

3.创建条带卷

4.创建复制卷

5.创建分布式条带宽

6、创建分布式复制卷

7.查看当前所有卷的列表

七、部署客户端并创建测试文件

1.准备工作

2.创建目录（用于后面挂载），添加DNS临时域名解析

3.挂载之前创建的卷

4.使用dd命令从/dev/zero文件中复制40M的数据到测试文件中

5.将测试文件分别复制到各个卷中

八、查看卷对应磁盘中的测试文件

1、查看分布式文件分布（node1:/dev/sdb1、node2:/dev/sdb1）

2、查看条带卷文件分布（node1:/dev/sdc1、node2:/dev/sdc1）

3、查看复制卷文件分布（node3:/dev/sdb1、node4:/dev/sdb1）

4、查看分布式条带卷分布（node1:/dev/sdd1、node2:/dev/sdd1、node3:/dev/sdd1、node4:/dev/sdd1）

5、查看分布式复制卷分布（node1:/dev/sde1、node2:/dev/sde1、node3:/dev/sde1、node4:/dev/sde1）

九、破坏性测试

十、常用GlusterFS卷维护命令

一、GFS概述

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

GFS是一个分布式文件系统只在扩展存储容器，提高性能并且通过多个互联网络的存储节点的进行冗余，以确保数据的可用性和一致性

GFS由三个部分组成：

存储服务器
客户端NFS/samba存储网关组成
无元数据服务器：就是保存数据的地方

二、GFS的特点

扩展性
高可用
全局统一命令空间
弹性卷管理
基于标准协议

三、GFS的术语

●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 192.168.21.10:/data/mydir/。

●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。

●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。
伪文件系统

●VFS：
内核空间对用户空间提供的访问磁盘的接口。虚拟端口

●Glusterd（后台管理进程）：服务端
在存储群集中的每个节点上都要运行。

四、GFS的工作原理

（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 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。

五、弹性 HASH 算法

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。

弹性 HASH 算法的优点：
保证数据平均分布在每一个 Brick 中。
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。

六、GFS的卷类型

1.分布式卷

没有对文件进行分块处理
通过扩展文件属性保存HASH值
支持的底层文件系统有EXT3、EXT4、ZFS、XFS等

分布式的特点：

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

示例原理：

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。

2、条带卷（Stripe volume）

根据偏移量将文件分成N块（N个条带节点），轮询的存储在每个Brick Server节点
存储大文件时，性能尤为突出
不具备冗余性，类似Raid0

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、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RAID1，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。

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。

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、分布式条带卷（Distribute Stripe volume）

兼顾分布式卷和条带卷的功能
主要用于大文件访问处理
至少最少需要4台服务器

5、分布式复制卷（Distribute Replica volume）

兼顾分布式卷和复制卷的功能
用于需要冗余的情况

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。

七、部署 GlusterFS 群集

1.准备环境

Node1节点	192.168.21.10
Node2节点	192.168.21.30
Node3节点	192.168.21.40
Node4节点	192.168.21.50
客户端节点	192.168.21.70

添加磁盘

记得关机重启！！！！

关闭防火墙！！！！

2.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

3.修改主机名，配置/etc/hosts文件

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

4.安装、启动

#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-rdm

systemctl start glusterd.service 
systemctl enable glusterd.service
systemctl status glusterd.service

故障原因是版本过高导致
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

5.添加节点到存储信任池中（在任意一个节点上操作即可，此处在node1）

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

六、创建卷

1、操作均在node1，要求规划如下

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)

2.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

3.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
 
#启动新建条带卷
gluster volume start stripe-volume       
 
#查看创建条带卷信息
gluster volume info stripe-volume

4.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
 
#启动复制卷
gluster volume start rep-volume  
 
#查看复制卷信息     
gluster volume info rep-volume

5.创建分布式条带宽

#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

6、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

7.查看当前所有卷的列表

gluster volume list

七、部署客户端并创建测试文件

1.准备工作

2.创建目录（用于后面挂载），添加DNS临时域名解析

#创建挂载目录
mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep}
ls /test
 
#配置 /etc/hosts 文件
echo "192.168.21.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.21.30 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.21.40 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.21.50 node4" >> /etc/hosts	
cat /etc/hosts

3.挂载之前创建的卷

#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 -h
 
#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

4.使用dd命令从`/dev/zero`文件中复制40M的数据到测试文件中

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

5.将测试文件分别复制到各个卷中

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/

八、查看卷对应磁盘中的测试文件

1、查看分布式文件分布（node1:/dev/sdb1、node2:/dev/sdb1）

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

可以看到数据没有被分片

2、查看条带卷文件分布（node1:/dev/sdc1、node2:/dev/sdc1）

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

数据被分片50%

3、查看复制卷文件分布（node3:/dev/sdb1、node4:/dev/sdb1）

[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

4、查看分布式条带卷分布（node1:/dev/sdd1、node2:/dev/sdd1、node3:/dev/sdd1、node4:/dev/sdd1）

[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

5、查看分布式复制卷分布（node1:/dev/sde1、node2:/dev/sde1、node3:/dev/sde1、node4:/dev/sde1）

[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

九、破坏性测试

1、挂起 node2 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障（node2：192.168.21.30）

#关闭服务
[root@node2 ~]# systemctl stop glusterd.service 
或
#关机
[root@node2 ~]# init 0

然后去客户端查看文件是否正常

查看条带卷数据

cd /test/stripe/      
ll
#数据都没了，条带卷不具备冗余性

再挂起 node4 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障

#关闭服务
[root@node4 ~]# systemctl stop glusterd.service 
或
#关机
[root@node4 ~]# init 0

查看复制卷数据

查看分布式条带卷数据

查看分布式复制卷数据

十、常用GlusterFS卷维护命令

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.deny 192.168.21.10

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六、GFS的卷类型

1.分布式卷

2、条带卷（Stripe volume）

3、复制卷（Replica volume）

4、分布式条带卷（Distribute Stripe volume）

5、分布式复制卷（Distribute Replica volume）

6、条带复制卷（Stripe Replica volume）

7、分布式条带复制卷（Distribute Stripe Replicavolume）

七、部署 GlusterFS 群集

1.准备环境

2.磁盘分区，并挂载

3.修改主机名，配置/etc/hosts文件

4.安装、启动

5.添加节点到存储信任池中（在任意一个节点上操作即可，此处在node1）

六、创建卷

1、操作均在node1，要求规划如下

2.创建分布式卷

3.创建条带卷

4.创建复制卷

5.创建分布式条带宽

6、创建分布式复制卷

7.查看当前所有卷的列表

七、部署客户端并创建测试文件

1.准备工作

2.创建目录（用于后面挂载），添加DNS临时域名解析

3.挂载之前创建的卷

4.使用dd命令从/dev/zero文件中复制40M的数据到测试文件中

5.将测试文件分别复制到各个卷中

八、查看卷对应磁盘中的测试文件

1、查看分布式文件分布（node1:/dev/sdb1、node2:/dev/sdb1）

2、查看条带卷文件分布（node1:/dev/sdc1、node2:/dev/sdc1）

3、查看复制卷文件分布（node3:/dev/sdb1、node4:/dev/sdb1）

4、查看分布式条带卷分布（node1:/dev/sdd1、node2:/dev/sdd1、node3:/dev/sdd1、node4:/dev/sdd1）

5、查看分布式复制卷分布（node1:/dev/sde1、node2:/dev/sde1、node3:/dev/sde1、node4:/dev/sde1）

九、破坏性测试

十、常用GlusterFS卷维护命令

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