GFS分布式文件系统简介及部署-APISpace

GFS分布式文件系统简介及部署

一.GlusterFS概述

1.GlusterFS简介

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。

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。

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。

①Scale-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。

②Gluster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虛拟存储池，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(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。

3.GlusterFS术语

●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192.168.121.55:/data/mydir/

●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:

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。

●VFS:

内核空间对用户空间提供的访问磁盘的接口。

●Glusterd (后台管理进程):

在存储群集中的每个节点上都要运行。

4.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。

5.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。

②linux系统内核通过VFS API收到请求并处理。

③VFS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。

④GlusterFS 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GlusterFSServer，并且将数据写入到服务器存储设备上。

6.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: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。

7.GlusterFs的卷类型

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。

●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。

示例原理:

Filel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。

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:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3

●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。

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:/dir1 server2:/dir2

●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。

示例原理:

Filel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

gluster volume create rep-volume replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2

●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。

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) .

gluster volume create dis-stripe stripe 2 transport tcp server1:/dirl 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。

●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。

示例原理:

Filel和File2通过分布式卷的功能分别定位到Serverl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)

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

●条带复制卷(Stripe Replica volume):类似RAID10，同时具有条带卷和复制卷的特点。

●分布式条带复制卷(Distribute Stripe Repl icavolume):三种基本卷的复合卷，通常用于类Map Reduce应用。

五、部署GFS集群

1.准备环境( 所有node节点上操作)

①添加硬盘，关闭防火墙，修改所有node节点主机名

所有node节点需要添加4块新的硬盘，因为是做实验，所以设置的都是1G。

systemctl stop firewalld

setenforce 0

#以node1为例

hostnamectl set-hostname node1

②磁盘分区，并挂载

创建磁盘分区脚本，自动分区及挂载。所有node节点全部都要做，下面以node1作为实例。

vim /opt/fdisk.sh

#!/bin/bash

DEV=`ls /dev/sd*|grep -o 'sd[b-z]'|uniq`

for i in $DEV

echo -e "n\np\n\n\n\nw\n" | fdisk /dev/$i &> /dev/null

mkfs.xfs /dev/${i}"1" &> /dev/null

mkdir -p /data/${i}"1" &> /dev/null

echo "/dev/${i}"1" /data/${i}"1" xfs defaults 0 0" >> /etc/fstab

done

mount -a &> /dev/null

df -h | grep '/data/sd'

source /opt/fdisk.sh

③配置/etc/hosts文件

echo "192 168.121.55 node1" >> /etc/hosts

echo "192.168.121.66 node2" >> /etc/hosts

echo "192.168.121.77 node3" >> /etc/hosts

echo "192.168.121.88 node4" >> /etc/hosts

④将gfsrepo软件上传到/opt目录下，安装并启动

#将软件包传到/opt目录下

cd /opt

unzip gfsrepo.zip

#因为在每一台node节点服务器都需要安装服务并启动，所以这里写一个安装脚本

vim /opt/gfsrepo.sh

#!bin/bash

status=`systemctl status glusterd.service | awk -F ":" 'NR==3{print $2}'| awk '{print$1 $2}'`

mkdir -p /etc/yum.repos.d/repo.bak

mv -f /etc/yum.repos.d/* /etc/yum.repos.d/repo.bak &> /dev/null

echo '[glfs]

name=glfs

baseurl=file:///opt/gfsrepo

enabled=1

gpgcheck=0' > /etc/yum.repos.d/glfs.repo

yum clean all &> /dev/null

yum makecache &> /dev/null

#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 &> /dev/null

systemctl start glusterd.service

systemctl enable glusterd.service

systemctl status glusterd.service &> /dev/null

echo $status | grep "running" &> /dev/null

if [ $? -eq 0 ];then

echo -e "服务已启动"

else

echo -e "服务启动失败"

source gfsrepo.sh

2.添加节点到存储信任池中(在node1节点上操作)

①只要在一台Node节点上添加其它节点即可

gluster peer probe node1

glusten peer probe node2

gluster peer probe node3

gluster peer probe node4

②在每个Node节点上查看群集状态

gluster peer status

3.创建卷

根据规划创建如下卷

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

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

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

gluster volume start stripe-volume

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

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

gluster volume start rep-volume

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

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

⑤创建分布式复制卷

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

4.部署Gluster客户端

①安装客户端软件（与上面服务端一直，此处不再叙述）

②创建挂载目录

mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep}

ls /test

③配置/etc/hosts文件

echo "192.168.121.55 node1" >> /etc/hosts

echo "192.168.121.66 node2" >> /etc/hosts

echo "192.168.121.77 node3" >> /etc/hosts

echo "192.168.121.88 node4" >> /etc/hosts

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_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

5.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/demo3.1og bs=1M count=40

dd if=/dev/zero of=/opt/demo4.log bs=1M count=40

dd if=/dev/zero of=/opt/demo5.1og 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/

6.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

ll -h /data/sdb1

node2:/dev/sdb1

ll -h /data/sdb1

分布式只会将文件分开存储，不会将数据进行分片和备份

②查看条带卷文件分布

node1:/dev/sdc1

ll -h /data/sdc1

node2:/dev/sdc1

ll -h /data/sdc1

条带卷会将每个文件中的数据分片存储，但是没有备份

③查看复制卷文件分布

node3:/dev/sdb1

ll -h /data/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

ll -h /data/sdd1

node2:/dev/sdd1

ll -h /data/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

ll -h /data/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）

7.冗余测试

文件全部存在，所以分布式复制卷具有冗余

ls -lh /test/rep/

文件全部存在，所以复制卷具有冗余

8.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-rep auth.allow 192.168.121.550

#仅允许

gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.80.* #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)

Linux中怎么用cat命令创建文件并写入数据

269 2022-11-02

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