GFS 分布式文件系统

目录

一、GlusterFS概述

二、GlusterFS特点

1、扩展性和高性能

2、高可用性

3、全局统一命名空间

4、弹性卷管理

5、基于标准协议

[三、GlusterFS 术语](#三、GlusterFS 术语)

1、Brick(存储块)

2、Volume(逻辑卷)

3、FUSE

4、VFS

5、Glusterd(后台管理进程)

四、模块化堆栈式架构

[五、GlusterFS 的工作流程](#五、GlusterFS 的工作流程)

[六、弹性 HASH 算法](#六、弹性 HASH 算法)

1、弹性hash算法的概念

[2、弹性 HASH 算法的优点](#2、弹性 HASH 算法的优点)

七、GFS卷的类型

[1、分布式卷(Distribute volume)](#1、分布式卷(Distribute volume))

[2、 条带卷(Stripe volume)](#2、 条带卷(Stripe volume))

[3、复制卷(Replica volume)](#3、复制卷(Replica volume))

[4、分布式条带卷(Distribute Stripe volume)](#4、分布式条带卷(Distribute Stripe volume))

[5、分布式复制卷(Distribute Replica volume)](#5、分布式复制卷(Distribute Replica volume))

[6、条带复制卷(Stripe Replica volume):](#6、条带复制卷(Stripe Replica volume):)

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

八、GFS卷的实验演示

九、扩展其他的维护命令

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,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

6、设置卷的访问控制

#仅拒绝

#仅允许


一、GlusterFS概述

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。

MFS

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。而 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

1、扩展性和高性能

分布式的特性

GlusterFS利用双重特性来提供高容量存储解决方案。

(1)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。

(2)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、高可用性

冗余、容灾的能力

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。

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虚拟存储池,供前端主机访问这些节点完成数据读写操作。

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。

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

1、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 192.168.10.14:/data/mydir/。

2、Volume(逻辑卷)

一个逻辑卷是卷上进行的。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。

3、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

4、VFS

内核空间对用户空间提供的访问磁盘的接口。 虚拟端口

5、Glusterd(后台管理进程)

在存储群集中的每个节点上都要运行。

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

(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。

六、弹性 HASH 算法

1、弹性hash算法的概念

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。

2、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卷的类型

GlusterFS 支持七种卷,即分布式卷、条带卷、复制卷、分布式条带卷、分布式复制卷、条带复制卷和分布式条带复制卷。

1、分布式卷(Distribute volume)

概念 :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。

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。

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。

**创建实例:**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

bash 复制代码
gluster volume create dis-volume server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3

2、 条带卷(Stripe volume)

**概念:**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。

**示例原理:**File 被分割为 6 段,1、3、5 放在 Server1,2、4、6 放在 Server2。

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。

**创建实例:**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中

bash 复制代码
gluster volume create stripe-volume stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2

3、复制卷(Replica volume)

概念: 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。

**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。

**创建实例:**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

bash 复制代码
gluster volume create rep-volume replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2

4、分布式条带卷(Distribute Stripe volume)

**概念:**Brick Server 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。

示例原理:

File1 和 File2 通过分布式卷的功能分别定位到Server1和 Server2。在 Server1 中,File1 被分割成 4 段,其中 1、3 在 Server1 中的 exp1 目录中,2、4 在 Server1 中的 exp2 目录中。在 Server2 中,File2 也被分割成 4 段,其中 1、3 在 Server2 中的 exp3 目录中,2、4 在 Server2 中的 exp4 目录中。

**创建实例:**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)

bash 复制代码
gluster volume create dis-stripe stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4

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。

5、分布式复制卷(Distribute Replica volume)

**概念:**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。

示例原理:

File1 和 File2 通过分布式卷的功能分别定位到 Server1 和 Server2。在存放 File1 时,File1 根据复制卷的特性,将存在两个相同的副本,分别是 Server1 中的exp1 目录和 Server2 中的 exp2 目录。在存放 File2 时,File2 根据复制卷的特性,也将存在两个相同的副本,分别是 Server3 中的 exp3 目录和 Server4 中的 exp4 目录。

**创建实例:**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)

bash 复制代码
gluster volume create dis-rep replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4

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)

bash 复制代码
三种基本卷的复合卷,通常用于类 Map Reduce 应用。

八、GFS卷的实验演示

node1节点:ip地址:192.168.11.12

node2节点:ip地址:192.168.11.13

node3节点:ip地址:192.168.11.14

node4节点:ip地址:192.168.11.15

client客户机:ip地址:192.168.11.10

1、首先,把node1、node2、node3、node4,这4台服务器同步操作:

2、在4台服务器中的任意一台服务器中,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,另外三台主机一样可以使用。

3、在其他Node节点上查看群集状态

4、在任意一台node节点中创建分布式卷

5、创建复制卷

6、创建条带卷

7、创建分布式条带卷

8、创建分布式复制卷

9、在一台新服务器上部署 Gluster 客户端

安装客户端软件

10、测试:

10.1、查看分布式文件分布

10.2、查看条带卷文件分布

10.3、 查看复制卷文件分布

10.4、查看分布式条带卷分布

10.5、查看分布式复制卷分布

11、故障测试:

11.1、分布式

11.2、条带式

11.3、分布式条带卷

11.4、分布式复制卷

12、当挂起node2节点和node4节点时:

12.1、复制卷

12.2、分布式条带卷

12.3、分布式复制卷

九、扩展其他的维护命令

1、查看GlusterFS卷

bash 复制代码
gluster volume list

2、查看所有卷的信息

bash 复制代码
gluster volume info

3、查看所有卷的状态

bash 复制代码
gluster volume status

4、停止一个卷

bash 复制代码
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

bash 复制代码
gluster volume delete dis-stripe

6、设置卷的访问控制

#仅拒绝

bash 复制代码
gluster volume set dis-rep auth.deny 192.168.80.100

#仅允许

#设置192.168.80.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷(分布式复制卷)

bash 复制代码
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.80.*
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