GFS分布式文件系统

一、GFS的概念

文件存储分为nfs、lvm、raid

对象存储分为GFS、CEPH、fastDFS（分布式文件存储）NAS OSS S3 switch

OSS 属于阿里云通过URL 链接 S3属于亚马逊通过URL链接

1.1 GFS简介

开源的分布式文件系统，由存储服务器、客户端以及NFS/Samba存储网关组成，无原数据服务器

具有扩展性和高性能，高可用性有（冗余、容灾），全局统一命名空间，弹性卷管理，基于标准协议，通过多和互联网的存储节点进行冗余，以确保数据的可用性和一致性

1.2 GFS的组成

① 存储服务器

② 客户端NFS/Samba存储网关组成

③ 五元数据服务器：保存数据的地方

二、GFS特点

2.1扩展性和高可用性

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)。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。

GFS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。G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。

2.2 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。

2.3 弹性卷管理

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。

2.4 基于一个标准协议

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、GFS专业术语

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。

使用GFS会使用到以上的虚拟文件系统

四、GFS工作原理

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 将数据交给 FUSE 内核文件系统，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，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。

1.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

2.linux系统内容通过VFSAPI收到请求并处理

3.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

4.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

5.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

6.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

五、GFS卷的类型（七个卷）

5.1 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:

1.文件分布在不同的服务器，不具备冗余性。

2.更容易和廉价地扩展卷的大小。

3.单点故障会造成数据丢失。

4.依赖底层的数据保护。

6.2 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。

6.3 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:

1.卷中所有的服务器均保存一个完整的副本。

2.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。

3.至少由两个块服务器或更多服务器。

4.具备冗余性。

6.4 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。

6.5 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)

6.6 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。

6.7 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。

六、GFS部署

Node1节点：node1/192.168.200.12 磁盘： /dev/sdb1 挂载点： /data/sdb1

/dev/sdc1 /data/sdc1

/dev/sdd1 /data/sdd1

/dev/sde1 /data/sde1

Node2节点：node2/192.168.200.13 磁盘： /dev/sdb1 挂载点： /data/sdb1

/dev/sdc1 /data/sdc1

/dev/sdd1 /data/sdd1

/dev/sde1 /data/sde1

Node3节点：node3/192.168.200.14 磁盘： /dev/sdb1 挂载点： /data/sdb1

/dev/sdc1 /data/sdc1

/dev/sdd1 /data/sdd1

/dev/sde1 /data/sde1

Node4节点：node4/192.168.200.15 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：192.168.200.16=====

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

6.1 更改节点名称，方便区分

6.2 编写脚本，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）

[root@node1 ~] # vim /opt/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

执行脚本并查看磁盘挂载情况

chmod +x /opt/fdisk.sh

cd /opt/

./fdisk.sh

mount -a

df -h

文件系统容量已用可用已用% 挂载点

... ... ... ... ...

/dev/sdb1 20G 33M 20G 1% /data/sdb1

/dev/sdc1 20G 33M 20G 1% /data/sdc1

/dev/sdd1 20G 33M 20G 1% /data/sdd1

/dev/sde1 20G 33M 20G 1% /data/sde1

给所有设备添加临时DNS域名解析

放入gfsrepo.zip安装包解压，然后创建glfs.repo配置文件

cd /opt

rz -E

unzip gfsrepo.zip

cd /etc/yum.repos.d/

mkdir repo.bak #如果有，则无需创建

mv * repos.bak/

ls

##应该剩下repos.bak

#创建glfs.repo配置文件内容如下

vim glfs.repo

[glfs]

name=glfs

baseurl=file:///opt/gfsrepo

gpgcheck=0

enabled=1

yum clean all && yum makecache

安装gfs相关程序，然后开启服务

yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma

systemctl start glusterd.service 开机服务并设置

如果有报错，重新试yum

systemctl enable glusterd.service 开机自启

systemctl status glusterd.service 查看服务状态

6.3 添加节点创建集群

添加节点到存储信任池中（仅需在一个节点上操作，我这里依旧在node1节点上操作）

[root@node1 ~] # gluster peer probe node1

peer probe: success. Probe on localhost not needed

[root@node1 ~] # gluster peer probe node2

peer probe: success.

[root@node1 ~] # gluster peer probe node3

peer probe: success.

[root@node1 ~] # gluster peer probe node4

peer probe: success.

[root@node1 ~] # gluster peer status #在每个Node节点上查看群集状态

Number of Peers: 3

Hostname: node2

Uuid: 2ee63a35-6e83-4a35-8f54-c9c0137bc345

State: Peer in Cluster (Connected)

Hostname: node3

Uuid: e63256a9-6700-466f-9279-3e3efa3617ec

State: Peer in Cluster (Connected)

Hostname: node4

Uuid: 9931effa-92a6-40c7-ad54-7361549dd96d

State: Peer in Cluster (Connected)

6.4 创建卷

========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)

6.4.1 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

[root@node1 ~] # gluster volume create dis-volume node1:/data/sdb1 node2:/data/sdb1 force

volume create: dis-volume: success: please start the volume to access data

[root@node1 ~] # gluster volume list

dis-volume

[root@node1 ~] # gluster volume start dis-volume

volume start: dis-volume: success

[root@node1 ~] # gluster volume info dis-volume

Volume Name: dis-volume

Type: Distribute

Volume ID: 8f948537-5ac9-4091-97eb-0bdcf142f4aa

Status: Started

Snapshot Count: 0

Number of Bricks: 2

Transport-type: tcp

Bricks:

Brick1: node1:/data/sdb1

Brick2: node2:/data/sdb1

Options Reconfigured:

transport.address-family: inet

nfs.disable: on

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

gluster volume create fenbushi 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 fenbushi

#查看创建分布式卷信息

gluster volume info fenbushi

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

gluster volume create tiaodai stripe 2 node1:/data/sdc1 node2:/data/sdc1 force

#启动新建条带卷

gluster volume start tiaodai

#查看创建条带卷信息

gluster volume info tiaodai

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

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

#启动复制卷

gluster volume start fuzhi

#查看复制卷信息

gluster volume info fuzhi

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

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

gluster volume start fbs-td

gluster volume info fbs-td

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
gluster volume create fbs-fz replica 2 node1:/data/sde1 node2:/data/sde1 node3:/data/sde1 node4:/data/sde1 force
gluster volume start fbs-fz
gluster volume info fbs-fz

查看当前所有卷的列表

gluster volume list

6.5 部署客户端并创建测试文件

关闭防火墙

systemctl stop firewalld

setenforce 0

放入压缩包并解压

cd /etc/yum.repos.d/

mkdir repo.bak #若已存在，则无需再创建

mv * repo.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

创建目录（用于后面挂载），添加DNS临时域名解析

#创建挂载目录

mkdir -p /test/{fbs-fz,fbs-td,fenbushi,fuzhi,tiaodai}

ls /test

#配置 /etc/hosts 文件

echo "192.168.79.210 node1" >> /etc/hosts

echo "192.168.79.220 node2" >> /etc/hosts

echo "192.168.79.230 node3" >> /etc/hosts

echo "192.168.79.240 node4" >> /etc/hosts

cat /etc/hosts

挂载之前创建的卷

#临时挂载

mount.glusterfs node1:fenbushi /test/fenbushi/

mount.glusterfs node1:tiaodai /test/tiaodai/

mount.glusterfs node1:fuzhi /test/fuzhi/

mount.glusterfs node1:fbs-td /test/fbs-td/

mount.glusterfs node1:fbs-fz /test/fbs-fz/

#永久挂载

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

使用dd命令从/dev/zero文件中复制40M的数据到测试文件中

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

将测试文件分别复制到各个卷中

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

查看卷对应磁盘中的测试文件

查看分布式文件分布（node1:/dev/sdb1、node2:/dev/sdb1）

#查看分布式文件分布
[root@node1 opt]# ls -lh /data/sdb1 #数据没有被分片
[root@node2 ~]# ls -lh /data/sdb1

查看条带卷文件分布（node1:/dev/sdc1、node2:/dev/sdc1）

[root@node1 ~]# ls -lh /data/sdc1 #数据被分片50% 没副本没冗余
[root@node2 ~]# ls -lh /data/sdc1 #数据被分片50% 没副本没冗余

查看复制卷文件分布（node3:/dev/sdb1、node4:/dev/sdb1）

[root@node3 ~]# ll -h /data/sdb1 #数据没有被分片有副本有冗余

[root@node4 ~]# ll -h /data/sdb1 #数据没有被分片有副本有冗余

查看分布式条带卷分布（node1:/dev/sdd1、node2:/dev/sdd1、node3:/dev/sdd1、node4:/dev/sdd1）

[root@node1 ~]# ll -h /data/sdd1 #数据被分片50% 没副本没冗余

[root@node2 ~]# ll -h /data/sdd1

[root@node3 ~]# ll -h /data/sdd1

[root@node4 ~]# ll -h /data/sdd1