GFS分布式文件系统、集群

一、GlusterFS简介

1、开源的分布式文件系统
2、由储存服务器、客户端以及NFS/Samba储存网关组成
3、无元数据服务器
注：FS：文件系统
文件系统组成：（1）文件系统接口
（2）对对象管理的软件集合
（3）对象及属性

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

1、Brick（块存储服务器）实际存储用户数据的服务器
2、Volume本地文件系统的“分区”
3、FUSE用户空间的文件系统（类别EXT4），“这是一个伪文件”，用户端的交换模块
4、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存储
5、Glusterd（服务）是运行再储存节点的进程（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

四、GlusterFS构成

模块化堆栈式架构：模块化、堆栈式的架构；通过对模块的组合，实现复杂的功能。
注：1、API：应用程序编程接口
2、模块化：每个模块可以提供不同的功能
3、堆栈式：同时启用多个模块，逗哥功能可以组合，实现复杂的功能

注：上半部分为客户端，中间为网络层，下半部分为服务端
1、封装多个功能模块，组成堆栈式的结构，来实现复杂的功能
2、以请求的方式与客户端进行交互，客户端与服务端进行交互，由于可能会存在系统兼容问题，需要通过posix来解决系统兼容性问题，让客户端的命令通过posix过滤后可以在服务端执行

1、I/O cache：I/O缓存

2、read ahead：内核文件预读

3、distribute/stripe：分布式、条带化

4、Gige：千兆网/千兆接口

5、TCP/IP：网络协议

6、InfiniBand：网络协议，与TCP/IP相比，TCP/IP具有转发丢失数据包的特性，基于此通信协议可能导致通信变慢，而IB使用基于信任的、流控制的机制来保证连接完整性

7、RDMA：负责数据传输，有一种数据传输协议，功能：为了解决传输过程中客户端与服务器端数据处理的延迟

1、收到外界一个请求，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
后端储存如何定位文件：
弹性HASH算法
通过HASH算法得到一个固定长度的数据（这里是32位整数）
通常情况下，不同数据得到的结果是不同的
（由于为了解决分布式文件数据索引、定位的复杂程度，所以使用了HASH算法来辅助）

五、GFS支持的卷

1、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；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，并不具备容错能力，属于文件级RAID 0

2、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

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

4、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

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

6、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

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

1、环境准备

主机	IP地址
客户端	192.168.177.2
node1	192.168.177.4
node2	192.168.177.8
node3	192.168.177.11
node4	192.168.177.18

Node1节点：node1/192.168.177.4		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1

Node2节点：node2/192.168.177.8		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1

Node3节点：node3/192.168.177.11		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1

Node4节点：node4/192.168.177.18  	   磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1

每台节点添加四块磁盘
重启服务器，准备开始部署

2、更改节点名称

node1（192.168.177.4）

[root@localhost ~] # hostname node1
[root@localhost ~] # su -

node2（192.168.177.8）

[root@localhost ~]#hostname node2
[root@localhost ~]#su -

node3（192.168.177.11）

[root@localhost ~]#hostname node3
[root@localhost ~]#su -

node4（192.168.177.18）

[root@promote ~]#hostname node4
[root@promote ~]#su -

3、节点磁盘挂载、安装本地源

以node1为例

[root@node1 ~] # systemctl stop firewalld
[root@node1 ~] # setenforce 0

[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

——————wq

[root@node1 ~] # chmod +x /opt/fdisk.sh
[root@node1 ~] # cd /opt/
[root@node1 /opt] # ./fdisk.sh

[root@node1 /opt] # echo "192.168.177.4 node1" >> /etc/hosts
[root@node1 /opt] # echo "192.168.177.8 node2" >> /etc/hosts
[root@node1 /opt] # echo "192.168.177.11 node3" >> /etc/hosts
[root@node1 /opt] # echo "192.168.177.18 node4" >> /etc/hosts

[root@node1 /opt] # ls
fdisk.sh  rh
[root@node1 /opt] # rz -E
[root@node1 /opt] # ls
fdisk.sh  gfsrepo.zip  rh
[root@node1 /opt] # unzip gfsrepo.zip 

[root@node1 /opt] # cd /etc/yum.repos.d/
[root@node1 /etc/yum.repos.d] # ls
[root@node1 /etc/yum.repos.d] # mv * repos.bak/
[root@node1 /etc/yum.repos.d] # ls
[root@node1 /etc/yum.repos.d] # vim glfs.repo

[glfs]
name=glfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1

————wq

[root@node1 /etc/yum.repos.d] # yum clean all && yum makecache

[root@node1 /etc/yum.repos.d] # yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma

[root@node1 /etc/yum.repos.d] # systemctl start glusterd.service 
[root@node1 /etc/yum.repos.d] # systemctl enable glusterd.service
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/glusterd.service to /usr/lib/systemd/system/glusterd.service.

[root@node1 /etc/yum.repos.d] # systemctl status glusterd.service

4、添加节点集群

添加节点到储存信任池（只需在一个节点操作，以node1为例）

[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
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)

5、根据规则创建卷

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

[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

（2）创建条带卷

[root@node1 ~] # gluster volume create stripe-volume stripe 2 node1:/data/sdc1 node2:/data/sdc1 force
volume create: stripe-volume: success: please start the volume to access data

[root@node1 ~] # gluster volume start stripe-volume
volume start: stripe-volume: success

[root@node1 ~] # gluster volume info stripe-volume
 
Volume Name: stripe-volume
Type: Stripe
Volume ID: b1185b78-d396-483f-898e-3519d3ef8e37
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 1 x 2 = 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/data/sdc1
Brick2: node2:/data/sdc1
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

（3）创建复制卷

[root@node1 ~] # gluster volume create rep-volume replica 2 node3:/data/sdb1 node4:/data/sdb1 force
volume create: rep-volume: success: please start the volume to access data

[root@node1 ~] # gluster volume start rep-volume
volume start: rep-volume: success

[root@node1 ~] # gluster volume info rep-volume
 
Volume Name: rep-volume
Type: Replicate
Volume ID: 9d39a2a6-b71a-44a5-8ea5-5259d8aef518
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 1 x 2 = 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node3:/data/sdb1
Brick2: node4:/data/sdb1
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

（4）创建分布式条带卷

[root@node1 ~] # gluster volume create dis-stripe stripe 2 node1:/data/sdd1 node2:/data/sdd1 node3:/data/sdd1 node4:/data/sdd1 force
volume create: dis-stripe: success: please start the volume to access data

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

[root@node1 ~] # gluster volume info dis-stripe
 
Volume Name: dis-stripe
Type: Distributed-Stripe
Volume ID: beb7aa78-78d1-435f-8d29-c163878c73f0
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2 x 2 = 4
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/data/sdd1
Brick2: node2:/data/sdd1
Brick3: node3:/data/sdd1
Brick4: node4:/data/sdd1
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

（5）创建分布式复制卷

[root@node1 ~] # gluster volume create dis-rep replica 2 node1:/data/sde1 node2:/data/sde1 node3:/data/sde1 node4:/data/sde1 force
volume create: dis-rep: success: please start the volume to access data

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

[root@node1 ~] # gluster volume info dis-rep 
 
Volume Name: dis-rep
Type: Distributed-Replicate
Volume ID: 734e38e6-154c-4425-acca-2342577b14e7
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2 x 2 = 4
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/data/sde1
Brick2: node2:/data/sde1
Brick3: node3:/data/sde1
Brick4: node4:/data/sde1
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on


[root@node1 ~] # gluster volume list
dis-rep
dis-stripe
dis-volume
rep-volume
stripe-volume

6、部署gluster客户端（192.168.177.2）

[root@promote ~]#systemctl stop firewalld
[root@promote ~]#setenforce 0

[root@promote ~]#cd /opt
[root@promote opt]#ls
rh
[root@promote opt]#rz -E
[root@promote opt]#ls
[root@promote opt]#unzip gfsrepo.zip 

[root@promote opt]#cd /etc/yum.repos.d/
[root@promote yum.repos.d]#ls
[root@promote yum.repos.d]#mv * repos.bak/
[root@promote yum.repos.d]#ls
[root@promote yum.repos.d]#vim glfs.repo

[glfs]
name=glfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1

————wq

[root@promote yum.repos.d]#yum clean all && yum makecache

[root@promote yum.repos.d]#yum -y install glusterfs glusterfs-fuse

[root@promote yum.repos.d]#mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep}
[root@promote yum.repos.d]#cd /test/
[root@promote test]#ls
[root@promote test]#

[root@promote test]#echo "192.168.177.4 node1" >> /etc/hosts
[root@promote test]#echo "192.168.177.8 node2" >> /etc/hosts
[root@promote test]#echo "192.168.177.11 node3" >> /etc/hosts
[root@promote test]#echo "192.168.177.18 node4" >> /etc/hosts
[root@promote test]#
[root@promote test]#mount.glusterfs node1:dis-volume /test/dis
[root@promote test]#mount.glusterfs node1:stripe-volume /test/stripe
[root@promote test]#mount.glusterfs node1:rep-volume /test/rep
[root@promote test]#mount.glusterfs node1:dis-stripe /test/dis_stripe
[root@promote test]#mount.glusterfs node1:dis-rep /test/dis_rep
[root@promote test]#
[root@promote test]#df -h

[root@promote test]#cd /opt
[root@promote opt]#dd if=/dev/zero of=/opt/demo1.log bs=1M count=40
[root@promote opt]#dd if=/dev/zero of=/opt/demo2.log bs=1M count=40
[root@promote opt]#dd if=/dev/zero of=/opt/demo3.log bs=1M count=40
[root@promote opt]#dd if=/dev/zero of=/opt/demo4.log bs=1M count=40
[root@promote opt]#dd if=/dev/zero of=/opt/demo5.log bs=1M count=40
[root@promote opt]#ls -lh /opt
[root@promote opt]#cp demo* /test/dis
[root@promote opt]#cp demo* /test/stripe/
[root@promote opt]#cp demo* /test/rep/
[root@promote opt]#cp demo* /test/dis_stripe/
[root@promote opt]#cp demo* /test/dis_rep/

[root@promote opt]#cd /test/
[root@promote test]#tree
.
├── dis
│   ├── demo1.log
│   ├── demo2.log
│   ├── demo3.log
│   ├── demo4.log
│   └── demo5.log
├── dis_rep
│   ├── demo1.log
│   ├── demo2.log
│   ├── demo3.log
│   ├── demo4.log
│   └── demo5.log
├── dis_stripe
│   ├── demo1.log
│   ├── demo2.log
│   ├── demo3.log
│   ├── demo4.log
│   └── demo5.log
├── rep
│   ├── demo1.log
│   ├── demo2.log
│   ├── demo3.log
│   ├── demo4.log
│   └── demo5.log
└── stripe
    ├── demo1.log
    ├── demo2.log
    ├── demo3.log
    ├── demo4.log
    └── demo5.log

5 directories, 25 files
[root@promote test]#

7、查看文件分布

（1）查看分布式文件分布

node1:/dev/sdb1、node2:/dev/sdb1

[root@node1 ~] # ls -lh /data/sdb1
[root@node2 ~]#ll -h /data/sdb1

（2）查看条带卷文件分布

node1:/dev/sdc1、node2:/dev/sdc1

[root@node1 ~] # ls -lh /data/sdc1
[root@node2 ~]#ll -h /data/sdc1

（3）查看复制卷文件分布

node3:/dev/sdb1、node4:/dev/sdb1

[root@node3 ~]#ll -h /data/sdb1
[root@node4 ~]#ll -h /data/sdb1

（4）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
[root@node2 ~]#ll -h /data/sdd1
[root@node3 ~]#ll -h /data/sdd1
[root@node4 ~]#ll -h /data/sdd1

（5）查看分布式复制卷分布

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

[root@node1 ~] # ll -h /data/sde1
[root@node2 ~]#ll -h /data/sde1
[root@node3 ~]#ll -h /data/sde1
[root@node4 ~]#ll -h /data/sde1

七、冗余测试

客户端（192.168.177.2）

1、分布式卷数据查看，缺少demo5，这是在node2上的，不具备冗余
挂起 node2 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障

[root@node2 ~]# init 0

[root@promote test]#ll /test/dis

2、条带卷

[root@promote test]#ll /test/stripe/

3、复制卷（在node3和node4上，关闭bode4进行测试）

[root@node4 ~]#init 0
[root@promote test]#ll /test/rep/

4、分布式条带卷

[root@promote test]#ll /test/dis_stripe/

5、分布式复制卷

[root@promote test]#ll /test/dis_rep/

注：

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 192.168.177.100

#仅允许
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.177.*	  #设置192.168.177.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷（分布式复制卷）