一、GlusterFS简介

1、GlusterFS的概念

GlusterFS：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

2、GlusterFS特点

扩展性和高性能

• 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。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。

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。
  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。

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。

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。

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

3、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的工作流程

• 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
• linux系统内容通过VFSAPI收到请求并处理
• 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
• 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
• 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
• 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

5、GFS支持的七种卷

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

条带卷（默认）

类似RAID 0，文件被分成数据库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

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

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

分布式条带卷（Distribute Stripe volume）

• 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的特点

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

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

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

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 info3、查看所有卷的状态
gluster volume status4、停止一个卷
gluster volume stop dis-stripe5、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-stripe6．设置卷的访问控制
仅拒绝
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.172.100仅允许
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.172.*   #设置192.168.172.0网段的所有IP地

三、模拟实验——部署 GlusterFS 群集

gfsrepo.zip
集群环境准备

节点名称	ip地址	磁盘	挂载点
Node1节点	192.168.172.10	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1 /data/sde1
Node2节点	192.168.172.20	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1 /data/sde1
Node3节点	192.168.172.30	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1 /data/sde1
Node4节点	192.168.172.40	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1 /data/sde1
客户端	192.168.172.50

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

1、节点进行磁盘分区、挂载

Node1节点：192.168.172.10
Node2节点：192.168.172.20
Node3节点：192.168.172.30
Node4节点：192.168.172.40
这里使用node1作为示范，用脚本对磁盘进行操作

vim fdisk.sh
#!/bin/bash
NEWDEV=`ls /dev/sd* | grep -o 'sd[b-z]' | uniq`
for VAR in $NEWDEV
doecho -e "n\np\n\n\n\nw\n" | fdisk /dev/$VAR &> /dev/nullmkfs.xfs /dev/${VAR}"1" &> /dev/nullmkdir -p /data/${VAR}"1" &> /dev/nullecho "/dev/${VAR}"1" /data/${VAR}"1" xfs defaults 0 0" >> /etc/fstab
done
mount -a &> /dev/nullchmod +x fdisk.sh
./fdisk.sh

2、配置/etc/hosts文件

Node1节点：192.168.172.10
Node2节点：192.168.172.20
Node3节点：192.168.172.30
Node4节点：192.168.172.40
这里做一台node1示范，其余都一样

echo "192.168.172.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.172.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.172.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.172.40 node4" >> /etc/hosts

3、安装、启动GlusterFS

Node1节点：192.168.172.10
Node2节点：192.168.172.20
Node3节点：192.168.172.30
Node4节点：192.168.172.40
使用node1作为示范

#将软件包放入opt目录下
cd /opt
unzip gfsrepo.zip cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repos.bak
mv *.repo repos.bakvim glfs.repo
[glfs]
name=glfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1yum clean all && yum makecacheyum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdmasystemctl start glusterd.service
systemctl enable glusterd.service
systemctl status glusterd.service

4、添加节点创建集群

Node1节点：192.168.172.10随便在哪个node节点添加就行

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，没有指定类型，默认创建的是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

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 start stripe-volume查看创建条带卷信息
gluster volume info stripe-volume

（3）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

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

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（192.168.172.50）
（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=1yum clean all && yum makecacheyum -y install glusterfs glusterfs-fuse

（2）配置 /etc/hosts 文件

echo "192.168.172.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.172.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.172.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.172.40 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_repdf -h

• 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 0mount -a

7、测试 Gluster 文件系统

Gluster客户端（192.168.172.50）
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=40ls -lh /opt

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

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

node2:/dev/sdb1

• 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

node2:/dev/sdc1

• 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

node4:/dev/sdb1

• 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
node2:/dev/sdd1
node3:/dev/sdd1
node4:/dev/sdd1

• 分布式条带卷中，带有分布式和条带卷的特点，即将数据分片，又将文件分开存储，没有备份

（5）查看分布式复制卷分布

node1:/dev/sde1
node2:/dev/sde1
node3:/dev/sde1
node4:/dev/sde1

• 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（192.168.172.50）上查看文件是否正常

1、分布式卷

ls -lh /test/dis

• 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/

• 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/

• 就剩下demo4和demo5了因为1.2.3都进行了分布式存储在node1和node2上了node2挂了所以3个文件也就都没了

4、分布式复制卷

ls -lh /test/dis_rep/

• 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（192.168.172.40）进行测试

ls -lh /test/rep/

• 可以看到我把做复制卷的一台node挂起后数据依然存在所以复制卷具有冗余

总结

与传统的分布式系统一样，GFS 同样追求高性能、高可靠性、高可用性，但同时 Google 基于自身的生产环境、技术环境，有一些自身独有的特点。首先，组件失效是常态化的，而非意外。在 GFS 成百上千的集群中，随时随地都可能发生故障导致机器无法恢复，所以，有一定的容灾、自动恢复能力是必须要整合在 GFS 中的。其次，文件巨大，GB 级别的数据非常普遍。第三，绝大多数文件的写操作都是追加，而非修改，通常的文件场景是顺序写，且顺序读。第四，应用程序和文件系统 API 的协同设计提高了整个系统的灵活性。

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