GFS分布式文件系统概述以及集群部署

GFS是一个可扩展的分布式文件系统，用于大型的、分布式的、对大量数据进行访问的应用。它运行于廉价的普通硬件上，并提供容错功能。它可以给大量的用户提供总体性能较高的服务。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。传统的分布式文件系统和Gluste

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匸&㕕

1039人浏览 · 2023-08-01 18:35:29

匸&㕕 · 2023-08-01 18:35:29 发布

7.1 分布式卷（Distribute volume）

7.2 条带卷（Stripe volume）

7.3 复制卷（Replica volume）

7.4 分布式条带卷（Distribute Stripe volume）

7.5 分布式复制卷（Distribute Replica volume）

7.6 条带复制卷（Stripe Replca volume）

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

10.2 创建挂载点目录，配置主机名映射,挂载卷

一、GlusterFS简介

GFS是一个可扩展的分布式文件系统，用于大型的、分布式的、对大量数据进行访问的应用。它运行于廉价的普通硬件上，并提供容错功能。它可以给大量的用户提供总体性能较高的服务。
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。

传统的分布式文件系统和GlusterFS的区别

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。
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。

二、GlusterFS特点

2.1 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。
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/O资源都可以独立增加)，支持10GbE和InfiniBand等高速网络互联。
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。

2.2 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。

2.3 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虛拟存储池，供前端主机访问这些节点完成数据读写操作。

2.4 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。

2.5 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

使用GFS会使用的虚拟文件系统

Brick（块存储服务器）实际存储用户数据的服务器
Volume（逻辑卷）本地文件系统的"分区"
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
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
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

四、模块化堆栈式架构

GlusterFS 采用模块化、堆栈式的架构。
通过对模块进行各种组合，即可实现复杂的功能。例如 Replicate 模块可实现 RAID1，Stripe 模块可实现 RAID0，通过两者的组合可实现 RAID10 和 RAID01，同时获得更高的性能及可靠性。

五、GlusterFS 的工作流程

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
linux系统内容通过VFSAPI收到请求并处理
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
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
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
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

六、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。

七、GFS支持的七种卷

7.1 分布式卷（Distribute volume）

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。

7.2 条带卷（Stripe volume）

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。

7.3 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。
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。

7.4 分布式条带卷（Distribute Stripe volume）

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。

7.5 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。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)

7.6 条带复制卷（Stripe Replca volume）

类似RAID10，同时具有条带卷和复制卷的特点。

7.7 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。

八、GFS部署

8.1 集群环境

Node1节点：node1/192.168.19.3		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1
 
Node2节点：node2/192.168.19.4		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1
 
Node3节点：node3/192.168.19.5		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1
 
Node4节点：node4/192.168.19.6   	  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：192.168.19.7=====

首先，每台节点添加四块磁盘，仅做实验，无需太大
然后，重启服务器，准备开始部署

8.2 更改节点名称

node1（192.168.19.3）

hostnamectl set-hostname node1
bash

node2（192.168.19.4）

hostnamectl set-hostname node2
bash

node3（192.168.19.5）

hostnamectl set-hostname node3
bash

node4（192.168.19.6）

hostnamectl set-hostname node4
bash

8.3 节点进行磁盘挂载，安装本地源

所有节点（这里使用node1作为示范）

关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0

磁盘分区，并挂载
vim /opt/fdisk.sh
#!/bin/bash
#获取sdb,sdc,sdd,sde 
NEWDEV=`ls /dev/sd* | grep -o 'sd[b-z]' | uniq`
 
for VAR in $NEWDEV
do
   #免交互分区
   echo -e "n\np\n\n\n\nw\n" | fdisk /dev/$VAR &> /dev/null
   
   #刷新分区表
   partprobe &> /dev/null
 
   #格式化
   mkfs.xfs /dev/${VAR}"1" &> /dev/null
 
   #创建挂载点
   mkdir -p /data/${VAR}"1" &> /dev/null
 
  #在 /etc/fstab配置开机自动挂载
   echo "/dev/${VAR}"1" /data/${VAR}"1" xfs defaults 0 0" >> /etc/fstab
done
#检测并挂载
mount -a  &> /dev/null

8.4 配置/etc/hosts文件

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

echo "192.168.19.3 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.19.4 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.19.5 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.19.6 node4" >> /etc/hosts

8.5 安装GFS

#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

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

8.6 添加节点到存储信任池中

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

在任意Node节点查看集群状态

九、创建卷

卷名	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)
卷名	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)

在任意node主机都可以操作。因为都关联起来了.