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gfs分布式文件系统简述以及gfs的服务部署案例(代码片段)

丁CCCCC 丁CCCCC     2022-12-15     328

关键词：

GFS

一、概述

GlusterFS

模块化堆栈式架构

采用模块化、堆栈式的架构
通过对模块的组合，实现复杂的功能

  • 模块化：每个模块可以提供不同的功能
  • 堆栈式：同时启用多个模块，多个功能可以组合，实现复杂的功能

1.1 简介

  • 开源的分布式文件系统
  • 由存储服务器、客户端以及NFS/Samba 存储网关组成
  • 无元数据服务器

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

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

1.2 特点

  • 扩展性和高性能
    • 利用双重特性来提供高容量的存储解决方案
  • 高可用性
    • 对文件自动复制，确保数据总是可以访问，当数据不一致时也能进行自我修复
  • 全局统一命名空间
    • 将所有节点的命名空间整合成统一命名空间，将整个系统的所有节点存储容量组成一个大的虚拟存储池
  • 弹性卷管理
    • 将数据存放到逻辑卷中，逻辑卷从逻辑存储池进行独立逻辑划分得到
  • 基于标准协议
    • 支持 NFS、CIFS、HTTP、FTP、SMB、Gluster 原生协议，完全与POSIX标准兼容

1.3 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192.168.253.11: /data/mydir/

Volume (逻辑卷) :

个逻辑卷是组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

1.4 工作流程

  • 客户端或应用程序通过GlusterFS的挂载点访问数据
  • linux 系统内核通过VFS API收到请求并处理
  • 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
  • GlusterFS client 收到数据后，client 根据配置文件的配置对数据进行处理
  • 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

1.5 七种卷

分布式卷（默认）

概述

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

特点

  • 文件分布在不同的服务器，不具备冗余性
  • 更容易和廉价的扩展卷的大小
  • 单点故障会造成数据丢失
  • 依赖底层的数据保护

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

条带卷（默认）

概述

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，但是不具备冗余性

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

示例原理

File 被分割为6段，1. 3. 5放在 Server1，2、4、6放在 Server2

复制卷（Replica volume）

概述

  • 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

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

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

分布式条带卷（Distribute Stripe volume）

概述

  • 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
  • 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

分布式复制卷（Distribute Replica volume）

概述

  • 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

条带复制卷（Stripe Replca volume）

概述

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）

概述

三种基本卷的复合卷通常用于类 Map Reduce 应用

二、部署GFS群集

2.1 准备工作

设置虚拟机节点

Node1 节点 ：192.168.253.11

Node2 节点 ：192.168.253.22

Node3 节点 ：192.168.253.33

Node4 节点 ：192.168.253.44

分别添加四块硬盘

客户端节点 ：192.168.253.55

关闭防火墙

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

2.2 磁盘挂载（全节点设置）

  • vim fdisk.sh
    • 编辑脚本文件，方便快速设置
#!/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
  • bash fdisk.sh
  • df -h
echo "192.168.253.11 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.253.22 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.253.33 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.253.44 node4" >> /etc/hosts

2.3 安装GFS（全部节点）

安装本地源

  • cd /etc/yum.repos.d/
  • vim glfs.repo
[glfs]
name=glfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1
  • yum clean all && yum makecache

安装软件

  • yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma
  • systemctl start glusterd.service
  • systemctl enable glusterd.service
  • systemctl status glusterd.service

2.4 添加节点创建集群（node1）

gluster peer probe node1
peer probe: success. Probe on localhost not needed
[root@cc11 /opt]# gluster peer probe node2
peer probe: success. 
[root@cc11 /opt]# gluster peer probe node3
peer probe: success. 
[root@cc11 /opt]# gluster peer probe node4
peer probe: success.

查看群集状态

  • gluster peer status

2.5 根据规划创建卷

========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)

创建分布式卷

默认创建分布式卷

  • 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

查看创建的卷信息

  • 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

创建条带卷

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

在这里插入图片描述
启动新建条带卷

  • gluster volume start stripe-volume

查看信息

  • gluster volume info stripe-volume

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

查看卷信息

  • gluster volume info rep-volume

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

创建复制卷

  • gluster volume create dis-stripe stripe 2 node1:/data/sdd1 node2:/data/sdd1 node3:/data/sdd1 node4:/data/sdd1 force

启动新建卷

  • gluster volume start dis-stripe

查看卷信息

  • 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

创建卷

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

启动新建卷

  • gluster volume start dis-rep

查看信息

  • gluster volume info dis-rep

查看全部卷

  • gluster volume list

2.6 部署Gluster 客户端

安装 gfsrepo

安装yum源

  • cd /etc/yum.repos.d/
  • rm -rf *
  • vim glfs.repo
[glfs]
name=glfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1
  • yum clean all && yum makecache

安装软件

  • yum -y install glusterfs glusterfs-fuse

创建挂载目录

  • mkdir -p /test/dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep

配置hosts

echo "192.168.253.11 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.253.22 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.253.33 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.253.44 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

永久挂载

  • vim /etc/fstab
node1:dis-volume        /test/dis       glusterfs       defaults,_netdev        0 0
node1:stripe-volume        /test/dis       glusterfs       defaults,_netdev        0 0
node1:rep-volume        /test/dis       glusterfs       defaults,_netdev        0 0
node1:dis-stripe        /test/dis       glusterfs       defaults,_netdev        0 0
node1:dis-rep        /test/dis       glusterfs       defaults,_netdev        0 0

2.7 测试

写入文件（客户端）

  • 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/

复制内容至各个卷

  • 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/

查看目录内容

  • cd /test/dis

2.8 查看文件分布

查看分布式文件

node1：/dev/sdb1

node2：/dev/sdb1

查看条带卷文件

node1：/dev/sdc1

数据被分片50% ，没副本 没冗余

node2：/dev/sdc1

数据被分片50% ，没副本 没冗余

查看复制卷文件

node3：/dev/sdb1

数据没有分片，有副本 有冗余

node4：/dev/sdb1

数据没有分片，有副本 有冗余

查看分布式复制卷

node1:/dev/sde1

node2:/dev/sde1

node3:/dev/sde1

node4:/dev/sde1

2.9 冗余测试

关闭node2节点（需要关机，进程关闭对实验无效）

查看文件是否正常（客户端）

  • 分布式卷数据查看，缺少demo5，这是在node2上的，不具备冗余

  • 条带卷，无法访问，不具备冗余

  • 分布式条带卷，不具备冗余

  • 分布式复制卷，具有冗余

三、其他维护命令

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 192.168.184.100

#仅允许
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.253.*	
#设置192.168.253.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷（分布式复制卷）

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