GlusterFS分布式文件系统部署

Posted 2021-02-14

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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GlusterFS分布式文件系统部署相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

理论部分

一：GlusterFS概述
1.1：Glusterfs简介
?? GlusterFS是Scale-Out存储解决方案Gluster的核心，它是一个开源的分布式文件系统，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借助TCP/IP或InfiniBandRDMA网络将物理分布的存储资源聚集在一起，使用单一全局命名空间来管理数据。
1.2：Glusterfs特点
1：扩展性和高性能
?? ??GlusterFS利用双重特性来提供几TB至数PB的高扩展存储解决方案。Scale-Out架构允许通过简单地增加资源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）解除了GlusterFS对元数据服务器的需求，消除了单点故障和性能瓶颈，真正实现了并行化数据访问。
??
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。自我修复功能能够把数据恢复到正确的状态，而且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、ZFS）来存储文件，因此数据可以使用各种标准工具进行复制和访问。

3：弹性卷管理
???? 数据储存在逻辑卷中，逻辑卷可以从虚拟化的物理存储池进行独立逻辑划分而得到。存储服务器可以在线进行增加和移除，不会导致应用中断。逻辑卷可以在所有配置服务器中增长和缩减，可以在不同服务器迁移进行容量均衡，或者增加和移除系统，这些操作都可在线进行。文件系统配置更改也可以实时在线进行并应用，从而可以适应工作负载条件变化或在线性能调优。

4：全局统一命名空间
全局统一命名空间将所有的存储资源聚集成一个单一的虚拟存储池，对用户和应用屏蔽了物理存储信息。存储可以根据生产环境中的需要进行弹性扩展或收缩，在多节点场景中，全局同意明明还可以给予不同节点做负载均衡，大大提高存取效率。
1.3：术语简介
GlusterFS：是一个开源的分布式文件系统。

Brick：GFS中的存储单元，通过是一个受信存储池中的服务器的一个导出目录。可以通过主机名和目录名来标识，如‘SERVER:EXPORT‘

Client：挂载了GFS卷的设备

FUSE：Filesystem Userspace是一个可加载的内核模块，其支持非特权用户创建自己的文件系统而不需要修改内核代码。通过在用户空间运行文件系统的代码通过FUSE代码与内核进行桥接。

Node：一个拥有若干brick的设备

Volume：一组bricks的逻辑集合

Metadata：元数据，关于数据的数据，用于描述文件、目录等的信息。

VFS：内核空间对用户空间提供的访问磁盘的接口

二：GFS的工作原理
2.1：GFS的工作流程
（1）客户端或应用程序通过GFS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GFS的client段。可以将FUSE文件系统理解为一个代理。
（4）GFS client收到数据后，client根据配置文件对数据进行处理
（5）经过GFS client处理后，通过网络将数据传递至远端的GFS Server，并且将数据写入服务器存储设备。
2.2：弹性HASH算法
GlusterFS目前使用Davies-Meyer算法计算文件名hash值，获得一个32位整数。Davies-Meyer算法具有非常好的hash分布性，计算效率很高，假设逻辑卷中的存储单元Brick有N个，则32位整数空间被平均划分为N个连续子空间，每个空间分别映射到一个存储单元Brick，计算得到的32位hash值就会被投射到一个存储单元Brick。

三：GlusterFS的卷类型
3.1：卷的类型
1：基本卷：
(1)? distribute volume：分布式卷
文件通过hash算法分布到所有brick server上，这种卷是glusterfs的基础和最大特点；实只是扩大的磁盘空间，如果有一个磁盘坏了，对应的数据也丢失，文件级RAID 0，不具有容错能力。

(2)? stripe volume：条带卷
类似RAID0，文件分成数据块以Round Robin方式分布到brick server上，并发粒度是数据块，支持超大文件，大文件性能高；

(3)? replica volume：复制卷
文件同步复制到多个brick上，文件级RAID 1，具有容错能力，写性能下降，读性能提升。

2：复合卷：
(4)? distribute stripe volume：分布式条带卷
brickserver数量是条带数的倍数，兼具distribute和stripe卷的特点；

(5)? distribute replica volume：分布式复制卷
brickserver数量是镜像数的倍数，兼具distribute和replica卷的特点,可以在2个或多个节点之间复制数据。

(6) stripe replica volume：条带复制卷
类似RAID 10
同时具有条带卷和复制卷的特点

(7) distribute stripe replicavolume：分布式条带复制卷
三种基本卷的复合卷
通常用于类Map Reduce应用

实验部分

一：GlusterFS部署
1.1：部署群集环境
实验top
技术图片

1：准备环境（以node1为例，其他节点步骤略，请自行配置）
（1）按照表中所示，为node节点添加相应数量和大小的磁盘，并重启系统
（2）为所有节点的新磁盘分区
用fdisk命令为每个磁盘分区，分区步骤略
[[email protected] ~]# fdisk /dev/sdb
[[email protected] ~]# fdisk /dev/sdc
[[email protected] ~]# fdisk /dev/sdd
[[email protected] ~]# fdisk /dev/sde

（2）为每个节点的每个磁盘格式化
[[email protected] ~]# mkfs -t ext4 /dev/sdb1
[[email protected] ~]# mkfs -t ext4 /dev/sdc1
[[email protected] ~]# mkfs -t ext4 /dev/sdd1
[[email protected] ~]# mkfs -t ext4 /dev/sde1

（3）创建挂载点
[[email protected] ~]# mkdir /b3
[[email protected] ~]# mkdir /c4
[[email protected] ~]# mkdir /d5
[[email protected] ~]# mkdir /e6

（4）挂载磁盘
[[email protected] ~]# mount /dev/sdb1 /b3
[[email protected] ~]# mount /dev/sdc1 /c4
[[email protected] ~]# mount /dev/sdd1 /d5
[[email protected] ~]# mount /dev/sde1 /e6

（5）修改fstab文件，使挂载永久生效
[[email protected] ~]# vi /etc/fstab
在末尾添加
/dev/sdb1 /b3 ext4 defaults 0 0
/dev/sdc1 /c4 ext4 defaults 0 0
/dev/sdd1 /d5 ext4 defaults 0 0
/dev/sde1 /e6 ext4 defaults 0 0

2：在所有节点上关闭防火墙和selinux
[[email protected] ~]# systemctl stop firewalld
[[email protected] ~]# setenforce 0

3：在所有节点上修改hosts文件
[[email protected] ~]# vi /etc/hosts
192.168.8.134 node1
192.168.8.136 node2
192.168.8.139 node3
192.168.8.141 node4

4：在所有节点安装软件
（1）配置yum仓库
将GFS所需的rpm仓库的gfsrepo目录拷贝到linux系统的/opt下，并修改仓库文件
[[email protected] ~]# vi /etc/yum.repos.d/CentOS-Media.repo
[c7-media]
name=CentOS-$releasever - Media
baseurl=file:///media/cdrom/
gpgcheck=1
enabled=1
gpgkey=file:///etc/pki/rpm-gpg/RPM-GPG-KEY-CentOS-7

[gfsrepo]
name=GFS
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1
[[email protected] ~]# yum clean all

（2）在所有节点上安装gfs
[[email protected] ~]# yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma

5：在所有节点上启动GFS
[[email protected] ~]# systemctl start glusterd.service
[[email protected] ~]# systemctl enable glusterd.service

6：添加节点（只在node1节点上）
[[email protected] ~]# gluster peer probe node1
peer probe: success. Probe on localhost not needed
[[email protected] ~]# gluster peer probe node2
peer probe: success.
[[email protected] ~]# gluster peer probe node3
peer probe: success.
[[email protected] ~]# gluster peer probe node4
peer probe: success.

7：在每个节点上查看状态
[[email protected] ~]# gluster peer status
Number of Peers: 3

Hostname: node2
Uuid: 469be571-b52a-4a89-a30a-c3a770753b0e
State: Peer in Cluster (Connected)

Hostname: node3
Uuid: 24742939-afc6-4243-a8a8-1aa57a336128
State: Peer in Cluster (Connected)

Hostname: node4
Uuid: dbc703a3-1e22-42cd-bedf-da3541bce983
State: Peer in Cluster (Connected)

1.2：创建卷
1：创建分布式卷（在node1上）
[[email protected] ~]# gluster volume create dis-volume node1:/e6 node2:/e6 force
[[email protected] ~]# gluster volume info dis-volume

Volume Name: dis-volume
Type: Distribute
Volume ID: 40946bd8-cc79-406a-be3c-5c03dd2a207e
Status: Created
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/e6
Brick2: node2:/e6
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

[[email protected] ~]# gluster volume start dis-volume

2：创建条带卷
[[email protected] ~]# gluster volume create stripe-volume stripe 2 node1:/d5 node2:/d5 force
[[email protected] ~]# gluster volume info stripe-volume

Volume Name: stripe-volume
Type: Stripe
Volume ID: d8e335d5-47d5-484f-804b-bb36ed522bf6
Status: Created
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 1 x 2 = 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/d5
Brick2: node2:/d5
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

[[email protected] ~]# gluster volume start stripe-volume

3：创建复制卷
[[email protected] ~]# gluster volume create rep-volume replica 2 node3:/d5 node4:/d5 force
[[email protected] ~]# gluster volume info rep-volume

Volume Name: rep-volume
Type: Replicate
Volume ID: b5d1afda-ab03-47a7-82b9-2786648a9b3a
Status: Created
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 1 x 2 = 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node3:/d5
Brick2: node4:/d5
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

[[email protected] ~]# gluster volume start rep-volume

4：创建分布式条带卷
[[email protected] ~]# gluster volume create dis-stripe stripe 2 node1:/b3 node2:/b3 node3:/b3 node4:/b3 force
[[email protected] ~]# gluster volume info dis-stripe

Volume Name: dis-stripe
Type: Distributed-Stripe
Volume ID: ff516167-7840-485a-8d3a-1630bd4d174d
Status: Created
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2 x 2 = 4
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/b3
Brick2: node2:/b3
Brick3: node3:/b3
Brick4: node4:/b3
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

[[email protected] ~]# gluster volume start dis-stripe

5：创建分布式复制卷
[[email protected] ~]# gluster volume create dis-rep replica 2 node1:/c4 node2:/c4 node3:/c4 node4:/c4 force
[[email protected] ~]# gluster volume info dis-rep

Volume Name: dis-rep
Type: Distributed-Replicate
Volume ID: 197055f7-37d8-419f-bb22-9f05c7e1a032
Status: Created
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2 x 2 = 4
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/c4
Brick2: node2:/c4
Brick3: node3:/c4
Brick4: node4:/c4
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

[[email protected] ~]# gluster volume start dis-rep

1.3：部署GFS客户端
1：安装客户端软件
[[email protected] ~]# systemctl stop firewalld
[[email protected] ~]# setenforce 0
[[email protected] ~]# systemctl disable firewalld
[[email protected] ~]# yum -y install glusterfs glusterfs-fuse

2：创建挂载目录
[[email protected] ~]# mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_and_stripe,dis_adn_rep}
[[email protected] ~]# ls /test
dis dis_and_stripe dis_rep rep stripe

3：修改hosts文件
[[email protected] ~]# vi /etc/hosts
192.168.8.134 node1
192.168.8.136 node2
192.168.8.139 node3
192.168.8.141 node4

4：挂载Gluster文件系统
[[email protected] ~]# mount -t glusterfs node1:dis-volume /test/dis
[[email protected] ~]# mount -t glusterfs node1:stripe-volume /test/stripe/
[[email protected] ~]# mount -t glusterfs node1:rep-volume /test/rep
[[email protected] ~]# mount -t glusterfs node1:dis-stripe /test/dis_and_stripe/
[[email protected] ~]# mount -t glusterfs node1:dis-rep /test/dis_and_rep/

[[email protected] ~]# df -h
文件系统容量已用可用已用% 挂载点
/dev/mapper/cl-root 95G 4.0G 91G 5% /
devtmpfs 473M 0 473M 0% /dev
tmpfs 489M 144K 489M 1% /dev/shm
tmpfs 489M 7.1M 482M 2% /run
tmpfs 489M 0 489M 0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1 1014M 173M 842M 18% /boot
tmpfs 98M 12K 98M 1% /run/user/0
/dev/sr0 4.1G 4.1G 0 100% /media/cdrom
node1:dis-volume 12G 49M 11G 1% /test/dis
node1:rep-volume 4.8G 21M 4.6G 1% /test/rep
node1:dis-stripe 12G 37M 11G 1% /test/dis_and_stripe
node1:dis-rep 7.8G 33M 7.3G 1% /test/dis_and_rep
node1:stripe-volume 9.6G 41M 9.1G 1% /test/stripe

5：修改fstab配置文件
[[email protected] ~]# vi /etc/fstab
在末尾添加：

node1:dis-volume /test/dis glusterfs defaules,_netdev 0 0
node1:stripe-volume /test/stripe glusterfs defaules,_netdev 0 0
node1:rep-volume /test/rep glusterfs defaules,_netdev 0 0
node1:dis-stripe /test/dis_and_stripe glusterfs defaules,_netdev 0 0
node1:dis-rep /test/dis_and_rep glusterfs defaules,_netdev 0 0

1.4：在客户端测试Gluster文件系统
1：在卷中写入文件
（1）创建测试文件
[[email protected] ~]# dd if=/dev/zero of=/root/demo1.log bs=1M count=43
[[email protected] ~]# dd if=/dev/zero of=/root/demo2.log bs=1M count=43
[[email protected] ~]# dd if=/dev/zero of=/root/demo3.log bs=1M count=43
[[email protected] ~]# dd if=/dev/zero of=/root/demo4.log bs=1M count=43
[[email protected] ~]# dd if=/dev/zero of=/root/demo5.log bs=1M count=43
（2）卷中写入文件
[[email protected] ~]# cp demo /test/dis/
[[email protected] ~]# cp demo /test/stripe/
[[email protected] ~]# cp demo /test/rep/
[[email protected] ~]# cp demo /test/dis_and_stripe/
[[email protected] ~]# cp demo* /test/dis_and_rep/

2：查看文件分布
（1）在node1和node2中查看分布式卷文件分布

node1：
[[email protected] ~]# ll -h /e6
总用量 173M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo4.log

node2：
[[email protected] ~]# ll -h /e6
总用量 44M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo5.log

（2）在node1和node2中查看条带卷文件分布
node1：
[[email protected] ~]# ll -h /d5
总用量 108M
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo4.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo5.log

node2：
[[email protected] ~]# ll -h /d5
总用量 108M
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo4.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo5.log

（3）在node3和node4中查看复制卷文件分布

node3：
[[email protected] ~]# ll -h /d5
总用量 216M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo4.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo5.log

node4：
[[email protected] ~]# ll -h /d5
总用量 216M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo4.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo5.log

（4）在node1、node2、node3、node4中查看分布式条带文件分布
node1：
[[email protected] ~]# ll -h /b3
总用量 87M
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo4.log

node2：
[[email protected] ~]# ll -h /b3
总用量 87M
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo4.log

node3：
[[email protected] ~]# ll -h /b3
总用量 22M
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo5.log

node4：
[[email protected] ~]# ll -h /b3
总用量 22M
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo5.log

（5）在node1、node2、node3、node4中查看分布式复制卷文件分布

node1：
[[email protected] ~]# ll -h /c4
总用量 173M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo4.log

node2：
[[email protected] ~]# ll -h /c4
总用量 173M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo4.log

node3：
[[email protected] ~]# ll -h /c4
总用量 44M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo5.log

node4：
[[email protected] ~]# ll -h /c4
总用量 44M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo5.log

3：破坏性测试
（1）挂起node2节点，在客户端上测试各个文件是否可以正常使用
（2）再挂起node4，在客户端继续测试各个文件的读取

1.5：其他维护命令
1：查看GFS卷
[[email protected] ~]# gluster volume list
dis-rep
dis-stripe
dis-volume
rep-volume
stripe-volume

[[email protected] ~]# gluster volume info

Volume Name: dis-rep
Type: Distributed-Replicate
Volume ID: 197055f7-37d8-419f-bb22-9f05c7e1a032
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2 x 2 = 4
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/c4
Brick2: node2:/c4
Brick3: node3:/c4
Brick4: node4:/c4
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

Volume Name: dis-stripe
Type: Distributed-Stripe
Volume ID: ff516167-7840-485a-8d3a-1630bd4d174d
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2 x 2 = 4
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/b3
Brick2: node2:/b3
Brick3: node3:/b3
Brick4: node4:/b3
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

Volume Name: dis-volume
Type: Distribute
Volume ID: 40946bd8-cc79-406a-be3c-5c03dd2a207e
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/e6
Brick2: node2:/e6
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

Volume Name: rep-volume
Type: Replicate
Volume ID: b5d1afda-ab03-47a7-82b9-2786648a9b3a
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 1 x 2 = 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node3:/d5
Brick2: node4:/d5
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

Volume Name: stripe-volume
Type: Stripe
Volume ID: d8e335d5-47d5-484f-804b-bb36ed522bf6
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 1 x 2 = 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/d5
Brick2: node2:/d5
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

[[email protected] ~]# gluster volume status
Status of volume: dis-rep
Gluster process TCP Port RDMA Port Online Pid

Brick node1:/c4 49154 0 Y 5233
Brick node2:/c4 49154 0 Y 4695
Self-heal Daemon on localhost N/A N/A Y 5253
Self-heal Daemon on node2 N/A N/A Y 4723