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GFS分布式文件系统

作者:互联网

GFS分布式文件系统

目录

GlusterFS简介

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。

GlusterFS特点

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。Gluste rFS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。

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。

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。

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。

Gluster 存储服务支持NES、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。

GlusterFS 术语

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192.168.239.10:/data/mydir/。

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。天部分Gluster管理操作是在卷上进行的。

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。

内核空间对用户空间提供的访问磁盘的接口。

在存储群集中的每个节点上都要运行。

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。

GlusterFS的工作流程

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

GlusterFS的卷类型

GlusterFS支持7种卷

分布式卷(Distribute volume)

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。

分布式卷的特点
创建分布式卷

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:/dirl server2:/dir2 server3:/dir3

条带卷

特点
创建条带卷

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

gluster volume create stripe-volume stripe 2 transport tcp server1:/dirl server2:/dir2

复制卷(Replica volume)

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
创建复制卷

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:/dirl和Server2:/dir2两个Brick中

gluster volume create rep-volume replica 2 transport tcp serverl:/dirl server2:/dir2

分布式条带卷

创建分布式条带卷

创建了名为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 dis-stripe stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4

分布式复制卷

创建分布式复制卷

创建名为dis-rep的分布式条带卷,配置分布式复制卷时,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 dis-rep replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4

部署GlusterFS群集

Node1节点:node1/192.168.239.10	     磁盘:/dev/sdb1			挂载点:/data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1

Node2节点:node2/192.168.239.20		  磁盘:/dev/sdb1			挂载点:/data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1

Node3节点:node3/192.168.239.30		  磁盘:/dev/sdb1			挂载点:/data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1

Node4节点:node4/192.168.239.40	      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:192.168.239.50

准备环境(所有node节点上操作)

首相添加磁盘并刷新

关闭防火墙(所有node节点)

systemctl stop firewalld
setenforce 0

磁盘分区,并挂载(所有node节点)

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
cd /opt/
./fdisk.sh

修改主机名,配置/etc/hosts文件(所有node节点)

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

echo "192.168.239.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.239.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.239.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.239.40 node4" >> /etc/hosts

安装、启动GlusterFS(所有node节点上操作)

#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

添加节点到存储信任池中(在 node1 节点上操作)

#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

创建卷

根据规划创建如下卷
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)
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 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

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 stripe-volume stripe 2 node1:/data/sdc1 node2:/data/sdc1 force
gluster volume start stripe-volume       #启动新建条带卷
gluster volume info stripe-volume        #查看创建条带卷信息

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 rep-volume replica 2 node3:/data/sdb1 node4:/data/sdb1 force
gluster volume start rep-volume       #启动复制卷
gluster volume info rep-volume        #查看复制卷信息

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 dis-stripe stripe 2 node1:/data/sdd1 node2:/data/sdd1 node3:/data/sdd1 node4:/data/sdd1 force
gluster volume start dis-stripe
gluster volume info dis-stripe

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 dis-rep replica 2 node1:/data/sde1 node2:/data/sde1 node3:/data/sde1 node4:/data/sde1 force
gluster volume start dis-rep
gluster volume info dis-rep	

查看当前所有卷的列表
gluster volume list

部署 Gluster 客户端 (192.168.239.50)

安装客户端软件
#将gfsrepo 软件上传到/opt目下 
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 glusterfs glusterfs-fuse

创建挂载目录
mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep}
ls /test

配置 /etc/hosts 文件
echo "192.168.239.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.239.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.239.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.239.40 node4" >> /etc/hosts	

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 -Th

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

测试 Gluster 文件系统

卷中写入文件,客户端操作

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

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/

查看文件分布
#查看分布式文件分布					
[root@node1 opt]# ls -lh /data/sdb1    #数据没有被分片
总用量 160M
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo4.log

[root@node2 ~]# ls -lh /data/sdb1
总用量 40M
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo5.log

查看条带卷文件分布
[root@node1 ~]# ls -lh /data/sdc1					#数据被分片50% 没副本 没冗余
总用量 100M
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo4.log
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo5.log

[root@node2 ~]# ll -h /data/sdc1					#数据被分片50% 没副本 没冗余
总用量 100M
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo4.log
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo5.log

查看复制卷分布
[root@node3 ~]# ll -h /data/sdb1					#数据没有被分片 有副本 有冗余     
总用量 200M
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo4.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo5.log

[root@node4 ~]# ll -h /data/sdb1					#数据没有被分片 有副本 有冗余
总用量 200M
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo4.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo5.log

查看分布式条带卷分布
[root@node1 ~]# ll -h /data/sdd1					#数据被分片50% 没副本 没冗余
总用量 80M
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo4.log

[root@node2 ~]# ll -h /data/sdd1
总用量 80M
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo4.log

[root@node3 ~]# ll -h /data/sdd1
总用量 20M
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo5.log

[root@node4 ~]# ll -h /data/sdd1
总用量 20M
-rw-r--r--. 2 root root 20M 6月  13 20:46 demo5.log

查看分布式复制卷分布
[root@node1 ~]# ll -h /data/sde1          #数据没有被分片 有副本 有冗余
总用量 160M
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo4.log

[root@node2 ~]# ll -h /data/sde1
总用量 160M
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo4.log

[root@node3 ~]# ll -h /data/sde1
总用量 40M
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo5.log

[root@node4 ~]# ll -h /data/sde1
总用量 40M
-rw-r--r--. 2 root root 40M 6月  13 20:46 demo5.log

破坏性测试

挂起 node2 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障

[root@node2 ~]# systemctl stop glusterd.service

在客户端上查看文件是否正常

分布式卷数据查看
[root@localhost ~]# ll /test/dis/		#在客户机上发现少了demo5.log文件,这个是在node2上的
总用量 163840
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo1.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo2.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo3.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo4.log
条带卷
[root@localhost ~]# cd /test/stripe/      #无法访问,条带卷不具备冗余性
[root@localhost stripe]# ll
总用量 0

分布式条带卷
[root@localhost ~]# ll /test/dis_stripe/		#无法访问,分布条带卷不具备冗余性
总用量 0

分布式复制卷
[root@localhost test]# ll /test/dis_rep/	#可以访问,分布式复制卷具备冗余性
总用量 204800
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo1.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo2.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo3.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo4.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo5.log

挂起 node2 和 node4 节点,在客户端上查看文件是否正常

 systemctl stop glusterd.service
测试复制卷是否正常
[root@localhost ~]# ls -l /test/rep/		#在客户机上测试正常 数据有
总用量 204800
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo1.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo2.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo3.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo4.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo5.log

测试分布式条卷是否正常
[root@localhost ~]# ll /test/dis_stripe/		#在客户机上测试没有数据 
总用量 0

测试分布式复制卷是否正常
[root@localhost ~]# ll /test/dis_rep/		#在客户机上测试正常 有数据
总用量 204800
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo1.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo2.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo3.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo4.log
-rw-r--r--. 1 root root 41943040 6月  13 20:46 demo5.log

上述实验测试,凡是带复制数据,相比而言,数据比较安全

其他的维护命令

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-volume auth.reject 192.168.239.100

#仅允许
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.239.*	  #设置192.168.239.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷(分布式复制卷)

标签:13,rw,log,--,GFS,--.,分布式文件系统,root
来源: https://www.cnblogs.com/gengbo/p/16376960.html