本文主要是介绍【GFS】GFS 分布式文件系统,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
GlusterFS简介
GlusterFS 是一个开源的分布式文件系统。
GFS 的组成
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。
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。
GFS的组成:存储服务器,客户端,NFS/Samba存储网关;
分布式文件系统: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和结构;
优点:浏览目录效率高;
缺点:单点故障;一旦元数据服务器故障,存储系统就会崩溃;
GFS分布式文件系统:无元服务器,横向扩展能力强,存储可靠且效率高
GlusterFS特点
●扩展性和高性能:分布式
●高可用性:冗余
●全局统一命名空间:
●弹性卷管理:缩扩逻辑卷
●基于标准协议:http,
●扩展性和高性能
GFS利用双重特性来提供高容量存储解决方案
(1)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
(2)Gluster弹性哈希(ElasticHash)解决了GFS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
可以通过增加存储节点来提高存储容量和性能;G弹性哈希,解决了单点故障,实现了并行化数据访问,智能定位数据分片并将数据分片存储在不同节点上;
●高可用性
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
GFS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
对文件进行自动复制,确保数据随时可以访问;会自我修复数据,负载极低;支持所有存储,采用EXT、XFS文件系统;
●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
统一命名空间,整合所有节点的存储容量组成虚拟存储池,提供读写操作
●弹性卷管理
GFS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
数据存储在逻辑卷中;逻辑存储池可以在线增减,实现多节点的负载均衡;文件系统配置也可以实时更改;
●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
GFS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ip和目录的绝对路径构成,表示方法为 SERVER:EXPORT,如 192.168.67.12:/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;
是一个伪文件系统
●VFS:
内核空间对用户空间提供的访问磁盘的接口; 虚拟端口
●Glusterd(后台管理进程): 服务端
在存储群集中的每个节点上都要运行
GFS 以上虚拟文件系统
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,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
工作原理
gfs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
(4)GlusterFS 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 GlusterFS Server,并且将数据写入到服务器存储设备上
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
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:
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。
分布式卷具有如下特点:
更容易和廉价地扩展卷的大小;
文件分布在不同的服务器,不具备冗余性;
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
文件级的raid0,没有容错能力;
●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
文件被分块并以轮询分布到
●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:
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:
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
文件级raid,具有容错;数据分散存储,读提升,写下降;
●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:/dir1 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+条带卷,用于大文件访问处理,4台;
●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:
File1 和 File2 通过分布式卷的功能分别定位到 Server1 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
兼具分布式卷和复制卷的特点,有数据冗余,
了解以上五个
●条带复制卷(Stripe Replica 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。
企业中应用:复制卷(20%),分布式复制卷(80%);
部署 GlusterFS 群集
Node1节点:node1/192.168.67.11
磁盘:/dev/sdb1 挂载点:/data/sdb1/dev/sdc1 /data/sdc1/dev/sdd1 /data/sdd1/dev/sde1 /data/sde1Node2节点:node2/192.168.67.12
磁盘:/dev/sdb1 挂载点:/data/sdb1/dev/sdc1 /data/sdc1/dev/sdd1 /data/sdd1/dev/sde1 /data/sde1Node3节点:node3/192.168.67.13
磁盘:/dev/sdb1 挂载点:/data/sdb1/dev/sdc1 /data/sdc1/dev/sdd1 /data/sdd1/dev/sde1 /data/sde1Node4节点:node4/192.168.67.14
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:192.168.67.10
准备环境(所有node节点上操作)
四台虚拟机分别添加四块硬盘(注意添加后 点确定)
关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
修改主机名
#以Node1节点为例:
hostnamectl set-hostname node1
su 或 bash
例:
添加映射,配置/etc/hosts文件
echo "192.168.67.11 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.67.12 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.67.13 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.67.14 node4" >> /etc/hosts
磁盘分区,并挂载
#设置脚本进行分区、挂载vim /opt/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/null
-e 用于识别\n 换行
传输给其他三个节点(三个一起做的脚本的话就不用传了)
scp /opt/fdisk.sh node2:/opt
scp /opt/fdisk.sh node3:/opt
scp /opt/fdisk.sh node4:/opt
执行脚本
#添加执行权限
chmod +x /opt/fdisk.sh
#执行脚本
/opt/fdisk.sh
查看一下分区和挂载情况
如果有少的,就再执行一次fdisk.sh 脚本
安装、启动GlusterFS(所有node节点上操作)
上传gfsrepo软件
#将gfsrepo 软件上传到/opt目录下
传输到其他node节点
scp /opt/gfsrepo.zip node2:/opt/
scp /opt/gfsrepo.zip node3:/opt/
scp /opt/gfsrepo.zip node4:/opt/
解压到当前目录
unzip gfsrepo.zip
备份镜像文件
cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repo.bak
mv *.repo repo.bak
创建新的镜像文件
vim glfs.repo
[glfs]
name=glfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1
清除并编译
yum clean all && yum makecache
安装gluster
#如采用官方 YUM 源安装,可以直接指向互联网仓库
yum -y install centos-release-gluster##会出现故障,原因是版本过高,与旧版本不兼容
##需要先删除旧版本,再装新版本
yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma
故障原因:是版本过高导致
(不确定是否是这个故障,没做好,后续我通过脚本执行了一遍,运行成功了)
移除旧版本
yum remove glusterfs-api.x86_64 glusterfs-cli.x86_64 glusterfs.x86_64 glusterfs-libs.x86_64 glusterfs-client-xlators.x86_64 glusterfs-fuse.x86_64 -y
再次安装
yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma
开启服务
#开启服务
systemctl start glusterd.service
#设置开机自启
systemctl enable glusterd.service
#查看服务状态
systemctl status glusterd.service
添加节点到存储信任池中(node1节点操作)
添加信任节点
#gluster peer probe node1
gluster peer probe node2
gluster peer probe node3
gluster peer probe node4##只要在一台node节点上添加信任即可;
##其他节点会与该节点相互信任;
##不需要添加本节点的信任(自己信任自己)
在每个节点上查看群集状态
gluster peer status
创建卷(node1节点操作)
gluster volume create 卷名 卷类型 2 逻辑卷1 逻辑卷2
卷规划
#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)
1.创建分布式卷
不指定类型,默认创建的就是分布式卷
gluster volume create dis-volume node1:/data/sdb1 node2:/data/sdb1 force
force 表示强制执行
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 forcegluster volume list
gluster volume start dis-volume
gluster volume info dis-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 forcegluster volume list
gluster volume start dis-volume
gluster volume info dis-volume
4.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
gluster volume list
gluster volume start dis-volume
gluster volume info dis-volume
5.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
gluster volume list
gluster volume start dis-volume
gluster volume info dis-volume
查看当前所有卷的列表
gluster volume list
删除卷
要先停止,再删除
#停止
gluster volume stop stripe-volume
#删除
gluster volume delete stripe-volume
#查看
gluster volume list
部署 Gluster 客户端
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 "192.168.67.11 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.67.12 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.67.13 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.67.14 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
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
查看条带卷文件分布
查看复制卷分布
查看分布式条带卷分布
查看分布式复制卷分布
破坏性测试
挂起 node2 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障
systemctl stop glusterd.service
在客户端上查看文件是否正常
查看分布式文件数据
条带卷文件数据
#无法访问,不具备冗余
复制卷数据
分布式条带卷数据
#在客户机上测试没有数据
分布式复制卷分布
#挂起 node2 和 node4 节点,在客户端上查看文件是否正常
#测试复制卷是否正常
[root@localhost rep]# ls -l /test/rep/ #在客户机上测试正常 数据有
上述实验测试,凡是带复制数据,相比而言,数据比较安全
扩展其他的维护命令
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.deny 192.168.80.100
#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)
这篇关于【GFS】GFS 分布式文件系统的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!