GFS分布式文件系统

Posted 2022-03-02 谷雨道长

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了GFS分布式文件系统相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

@[toc]

一、GlusterFS简介

1、GlusterFS的概念

GlusterFS：分布式文件系统

开源的分布式文件系统
组成：
存储服务器
客户端
NFS/Samba 存储网关
无元数据服务器
数据分散存储
可避免出现单点故障
补充：

2、GlusterFS特点

扩展性和高性能

==高可用性==

==全局统一命名空间==

==弹性卷管理==

==基于标准协议==

3、GlusterFS术语

这里先补充一点等会要用的GlusterFS术语

Brick（块存储）：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。
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：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
4、GlusterFS的模块化堆栈式架构
模块化、堆栈式的架构
模块化：每个模块可以提供不同的功能
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
通过对模块的组合，实现复杂的功能

GlusterFS Client客户端

VFS（虚拟文件系统）：为各类文件系统提供了一个统一的操作界面和应用编程接口
I/O cache（I/O缓存，Input/Output）：用于数据在内部存储器和外部存储器或其他周边设备之间的输入和输出。

read ahead（内核文件预读）

Distribute/Stripe：分布式、条带化
replicate：复制功能

网络层

Gige（千兆网/千兆接口）
TCP/IP（网络协议）

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

RDMA（Remote Direct Memory Access，远程直接数据存取）负责数据传输。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

Server服务端

posix（可移植操作系统接口）：解决客户端与服务端系统兼容性问题
Brick：块存储
==总结==

5、GlusterFS的工作流程

例如

6、后端存储如何定位文件

使用弹性HASH算法
为了解决分布式文件数据索引、定位的复杂程度，而使用弹性HASH算法来解决数据定位、索引、寻址的功能

先通过HASH算法对数据可以得到一个值
该值有2的32次方个组合
每个数据对应了0-2的32次方的一个值
通常情况下，不同数据得到的值是不同的
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。

7、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；文件没有被分片，直接根据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

分布式卷的特点

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
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（默认）

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
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（Replica volume）

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
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（Distribute Stripe volume）

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（Distribute Replica volume）

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（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）

二、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 192.168.19.10

仅允许

gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.19.*    #设置192.168.19.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷（分布式复制卷）

三、GFS部署

安装包
==gfsrepo.zip==

集群环境准备

节点名称	ip地址	磁盘	挂载点
Node1节点	192.168.19.10	/dev/sdb1、/dev/sdc1、/dev/sdd1、/dev/sde1	/data/sdb1、/data/sdc1、/data/sdd1、/data/sde1
Node2节点	192.168.19.11	/dev/sdb1、/dev/sdc1、/dev/sdd1、/dev/sde1	/data/sdb1、/data/sdc1、/data/sdd1、/data/sde1
Node3节点	192.168.19.19	/dev/sdb1、/dev/sdc1、/dev/sdd1、/dev/sde1	/data/sdb1、/data/sdc1、/data/sdd1、/data/sde1
Node4节点	192.168.19.18	/dev/sdb1、/dev/sdc1、/dev/sdd1、/dev/sde1	/data/sdb1、/data/sdc1、/data/sdd1、/data/sde1
客户端	192.168.19.100

==所有节点更改名称，方便识别
关防火墙（所有节点和客户端）==

systemctl stop firewalld
setenforce 0
hostnamectl set-hostname node1/2/3/4

1、节点进行磁盘分区、挂载

Node1节点：192.168.19.10
Node2节点：192.168.19.11
Node3节点：192.168.19.19
Node4节点：192.168.19.18
这里使用node1作为示范，用脚本对磁盘进行操作

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

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

2、配置/etc/hosts文件

==Node1节点：192.168.19.10
Node2节点：192.168.19.11
Node3节点：192.168.19.19
Node4节点：192.168.19.18==

echo "192.168.19.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.19.11 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.11.19 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.19.18 node4" >> /etc/hosts

3、安装、启动GlusterFS

==Node1节点：192.168.19.10
Node2节点：192.168.19.11
Node3节点：192.168.19.19
Node4节点：192.168.19.18==
使用node1作为示范

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

安装过本地源 就备份本地源
cd /etc/yum.repos.d/
mv local.repo repo.bak/

没有安装过本地源
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

4、添加节点创建集群

Node1节点：192.168.19.10
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

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

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
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 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

（3）创建复制卷

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

（4）创建分布式条带卷

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

（5）创建分布式复制卷

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

查看卷列表

gluster volume list

6、部署gluster客户端
部署Gluster客户端（192.168.19.17）

（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

（2）配置 /etc/hosts 文件

echo "192.168.163.11 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.163.12 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.163.13 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.163.14 node4" >> /etc/hosts

（3）创建挂载目录

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

（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

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646037932948493.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

**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

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646037969260074.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

### 7、测试 Gluster 文件系统
部署Gluster客户端（192.168.19.17）
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

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646038011693999.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

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

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646038027472979.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

### 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

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646038060877247.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

**==node2:/dev/sdb1==**

ll -h /data/sdb1

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646038087684019.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

**==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

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646038153338953.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

**==node2:/dev/sdc1==**

ll -h /data/sdc1

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646038184595256.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

**==node2:/dev/sdc1==**

ll -h /data/sdc1

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646038212529783.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

**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

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646038285982473.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)
**==node4:/dev/sdb1==**

ll -h /data/sdb1

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646038308855372.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

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


![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646038327278280.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

==node2:/dev/sdd1==

ll -h /data/sdd1

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646038365556042.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

**==node3:/dev/sdd1==**

ll -h /data/sdd1

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646038449271644.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

**==node4:/dev/sdd1==**

ll -h /data/sdd1

![image.png](https://s2.51cto.com/images/20220228/1646038498305658.png?x-oss-process=image/watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

**==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）==**

## 四、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


**==在客户端（192.168.163.15）上查看文件是否正常==**

1、分布式卷

ls -lh /test/dis


结论：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/


结论：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/


结论：存储在node1和node2上的4个文件不见了（数据是分片存储的），所以分布式条带卷不具备冗余

4、分布式复制卷

ls -lh /test/dis_rep/


结论：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（192.168.163.14）进行测试，

具有冗余

ls -lh /test/rep/

以上是关于GFS分布式文件系统的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

详解 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）

GFS分布式文件系统（理论+实验+故障模拟）

GFS分布式文件系统简述以及GFS的服务部署案例

GFS分布式文件系统

一、GlusterFS简介

1、GlusterFS的概念

2、GlusterFS特点

3、GlusterFS术语

4、GlusterFS的模块化堆栈式架构

GlusterFS Client客户端

read ahead（内核文件预读）

网络层

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

RDMA（Remote Direct Memory Access，远程直接数据存取）负责数据传输。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

Server服务端

5、GlusterFS的工作流程

6、后端存储如何定位文件

7、GFS支持的七种卷

二、相关维护命令

1、查看GlusterFS卷

2、查看所有卷的信息

3、查看所有卷的状态

4、停止一个卷

5、删除一个卷

6．设置卷的访问控制

三、GFS部署

1、节点进行磁盘分区、挂载

2、配置/etc/hosts文件

3、安装、启动GlusterFS

4、添加节点创建集群

5、根据规划创建卷