GlusterFS_分布式文件系统

2023-12-17 21:17:39

GFS分布式文件系统

一.概述

  • GlusterFS:开源分布式文件系统，无元数据服务器
  • FS：文件系统

1）文件系统组成(ext3,ext4)

  • 1.文件系统的接口(API)
  • 2.对对象管理的软件集合
  • 3.对象及属性

2）文件系统FS作用

 对用户建立文件，存入，读出，修改，转储，控制文件存取

3）文件系统FS 的挂载使用

除了根文件系统外，需要先挂载到挂载点后，才可被访问
挂载点即分区设备文件关联的某个目录文件

4) 分布式文件系统(GFS)组成

  • 1.存储服务器
  • 2.客户端
  • 3.NFS/samba存储网关组成

5)分布式文件系统(GFS)特点

  • 扩展性和高性能
  • 高可用(冗余）
  • 全局统一命名空间
  • 弹性卷管理(复制卷，条带卷
  • 基于标准协议(http https)

6）分布式文件系统(GFS)专业术语

  • brick块：实际存储用户数据的服务器
  • volume:本地文件系统的分区
  • fuse:用户空间的文件系统(伪文件系统)，客户端与服务端连接的工具，本地的数据以网络的方式传递,客户端服务端口连接工具客户端请求交给fuse
  • VFS：虚拟接口，用户提交请求给VFS,VFS把文件给fuse，再交给GFS客户端，最后客户端交给远端存储
  • Glusterd:服务端

二.模块化堆栈架构

多种功能模块组合在一起，组成堆栈架构
  • 模块化、堆栈式架构
  • 通过对模块的组合，实现复杂的功能

模块部分：

  • gige:千兆口
  • TCP/ip:网络协议
    infiniband:网络协议，tcp,ip具有转发丢失数据包的特征，丢包的几率小

RDMA：负责数据传输，数据传输协议
解决传输中客户端与服务器端数据处理的延迟

posix:可移植系统接口，解决不同操作系统见的移植性

三.GFS工作原理

用户：安装客户端，安装fuse，挂载到服务端，把文件存储进去

1.首先系统调用给vfs(虚拟接口），再将数据给fuse(伪文件系统)连接客户端和服务端

2.再数据保存在虚拟的文件中
3.通过客户端传递数据给服务端
4.服务端使用VFS接口，保存在实际文件系统中

四.GFS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

特点：

  • 文件分开存，没有拆分大小，效率不提升
  • 文件分布在不同服务器，不具备冗余
  • 单点故障会造成数据丢失
  • 依赖底层的数据保护

创建命令

  • 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

2）条带卷

 大小拆分，轮询存储在每个节点
 不具备冗余，

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

创建命令

  • 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
gluster volume create stripe-volume stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2

3)复制卷

冗余备份，多个节点存储空间不一致，按木桶效应最小节点存取
至少两个服务器和更多服务器

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
      • 至少由两个块服务器或更多服务器
      • 具备冗余性

创建命令

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:/dir2

4）分布式条带卷

分布式，条带卷功能
大文件访问处理，至少4台服务器

创建命令

创建了一个名为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)

gluster volume create rep-volume replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2

5）分布式复制卷

 分布式，复制卷功能
 兼具分布式卷和复制卷的特点

创建命令

创建了一个名为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)

gluster volume create rep-volume replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4

6）条带复制卷

类似RAID 10，同时具有条带卷和复制卷的特点

7）分布式条带卷

三种基本卷的复合卷通常用于类Map Reduce应用

五.相关维护命令

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.allow 192.168.133.100

仅允许

gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.133.*	  #设置192.168.133.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷（分布式复制卷）

六.GFS部署

集群环境准备

节点名称 ip地址 磁盘 挂载点
Node1节点 192.168.133.10 /dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1 /data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1/data/sde1
Node2节点 192.168.133.20 /dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1 /data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1/data/sde1
Node3节点 192.168.133.30 /dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1 /data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1/data/sde1
Node4节点 192.168.133.40 /dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1 /data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1/data/sde1
客户端 192.168.133.50

关闭防火墙：

systemctl stop firewalld
setenforce 0

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1.节点进行磁盘分区、挂载

Node1节点：192.168.133.10
Node2节点：192.168.133.20
Node3节点：192.168.133.30
Node4节点：192.168.133.40
这里使用node1作为示范，用脚本对磁盘进行操作

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
./fdisk.sh

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2.配置/etc/hosts文件

Node1节点：192.168.133.10
Node2节点：192.168.133.20
Node3节点：192.168.133.30
Node4节点：192.168.133.40
使用node1作为示范

echo "192.168.133.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.133.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.133.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.133.40 node4" >> /etc/hosts

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3.安装、启动GlusterFS

四个节点相同操作：

Node1节点：192.168.133.10
Node2节点：192.168.133.20
Node3节点：192.168.133.30
Node4节点：192.168.133.40
使用node1作为示范

#将软件包放入opt目录下
cd /opt
unzip gfsrepo.zip 

cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repos.bak
mv * repos.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-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma

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

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4.添加节点创建集群

这里仅需在一个节点上操作
Node1节点：192.168.133.10
添加节点到存储信任池中

gluster peer probe node1
gluster peer probe node2
gluster peer probe node3
gluster peer probe node4

#查看群集状态（可以在每个节点上使用）
gluster peer status

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5.根据规划创建卷

创建卷只需要在一台节点上创建即可
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

创建分布式卷：

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

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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

创建条带卷

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

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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

创建复制卷

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

启动新建复制卷

gluster volume start rep-volume

查看创建复制卷信息

gluster volume info rep-volume

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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

创建分布式条带卷

gluster volume create dis-stripe stripe 2 node1:/data/sdd1 node2:/data/sdd1 node3:/data/sdd1 node4:/data/sdd1 force

启动新建分布式条带卷

gluster volume start dis-stripe

查看创建分布式条带卷信息

gluster volume info dis-stripe

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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

创建分布式复制卷

gluster volume create dis-rep replica 2 node1:/data/sde1 node2:/data/sde1 node3:/data/sde1 node4:/data/sde1 force

启动新建分布式复制卷

gluster volume start dis-rep

查看创建分布式复制卷信息

gluster volume info dis-rep

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查看卷列表

gluster volume list

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6.部署gluster客户端

部署Gluster客户端（192.168.133.50）

1）安装客户端软件

cd /opt
unzip gfsrepo.zip 

cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repos.bak
mv * repos.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

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2）配置 /etc/hosts 文件

echo "192.168.133.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.133.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.133.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.133.40 node4" >> /etc/hosts

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3）创建挂载目录

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

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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 -h

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企业中最好用永久挂载，以防重启或服务器宕机：

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

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7.测试 Gluster 文件系统

部署Gluster客户端（192.168.133.50）
向卷中写入文件

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

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cp demo* /test/dis
cp demo* /test/stripe/
cp demo* /test/rep/
cp demo* /test/dis_stripe/
cp demo* /test/dis_rep/

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8.查看文件分布

  • 查看卷对应的磁盘分区中的文件数据，验证结果

1)查看分布式文件分布

node1:/dev/sdb1:

ll -h /data/sdb1

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node2:/dev/sdb1:

ll -h /data/sdb1

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现象：分布式只会将demo文件分开存储（5个文件不在同一磁盘分区上），不会将数据分片和备份

2)查看条带卷文件分布

node1:/dev/sdc1:

ll -h /data/sdc1

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node2:/dev/sdc1:

ll -h /data/sdc1

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现象：条带卷会将每个demo文件中的数据分片存储（两个分区各有20M的文件），没有备份

3)查看复制卷文件分布

node3:/dev/sdb1:

ll -h /data/sdb1

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node4:/dev/sdb1:

ll -h /data/sdb1

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现象：复制卷会将每个文件放入卷中的磁盘分区中（两分区的文件一样）

4)查看分布式条带卷分布

node1:/dev/sdd1:

ll -h /data/sdd1

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node2:/dev/sdd1:

ll -h /data/sdd1

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node3:/dev/sdd1:

ll -h /data/sdd1

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node4:/dev/sdd1:

ll -h /data/sdd1

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现象：分布式条带卷中，带有分布式和条带卷的特点，即将数据分片，又将文件分开存储，没有备份

5)查看分布式复制卷分布

node1:/dev/sde1

ll -h /data/sde1

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node2:/dev/sde1:

ll -h /data/sde1

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node3:/dev/sde1:

ll -h /data/sde1

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node4:/dev/sde1:

ll -h /data/sde1

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现象：分布式复制卷中，带有分布式和复制卷的特点，即将文件分开存储，又复制一遍文件（备份）

七.冗余测试

  • 挂起 node2 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障
systemctl stop glusterd.service

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若发现关闭服务没效果，直接init0

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客户端（192.168.133.50）查看文件是否正常

1.分布式卷

ls -lh /test/dis

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  • 数据查看，缺少demo5，文件demo5是存储在node2上的，所以分布式卷不具备冗余

2.条带卷

ls -lh /test/stripe/

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  • 文件中没有数据，说明数据全部丢失，所以条带卷不具备冗余

3.分布式条带卷

ls -lh /test/dis_stripe/

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4.分布式复制卷

ls -lh /test/dis_rep/

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  • 文件和数据都在，所以分布式复制卷具有冗余

5.复制卷

  • 在node3和node4中选一个关闭的，关闭node4（192.168.133.40）进行测试具有冗余
ls -lh /test/rep/

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总结：

  • 分布式卷：文件分开存，没有拆分大小，效率不提升文件分布在不同服务器，不具备冗余

  • 条带卷：大小拆分，轮询存储在每个节点不具备冗余，

  • 复制卷：冗余备份，多个节点存储空间不一致，按木桶效应最小节点存取
    至少两个服务器和更多服务器

  • 分布式条带：分布式，条带卷功能
    大文件访问处理，至少4太服务器

  • 分布式复制：分布式，复制卷功能

GFS原理：
1.首先系统调用给vfs(虚拟接口），再将数据给fuse(伪文件系统)连接客户端和服务端
2.再数据保存在虚拟的文件中
3.通过客户端传递数据给服务端
4.服务端使用VFS接口，保存在实际文件系统中

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