GFS分布式文件系统

• 一.概述
• • • 1）文件系统组成(ext3,ext4)
    • 2）文件系统FS作用
    • 3）文件系统FS 的挂载使用
    • 4) 分布式文件系统(GFS)组成
    • • 5)分布式文件系统(GFS)特点
    • 6）分布式文件系统(GFS)专业术语
  • 二.模块化堆栈架构
  • • 模块部分：
    • 三.GFS工作原理
    • 四.GFS卷类型
  • 1）分布式卷
  • • • 特点：
    • 创建命令
  • 2）条带卷
  • • 特点：
    • 创建命令
  • 3)复制卷
  • • 特点：
    • 创建命令
  • 4）分布式条带卷
  • • 创建命令
  • 5）分布式复制卷
  • • 创建命令
  • 6）条带复制卷
  • 7）分布式条带卷
  • • 五.相关维护命令
    • 1.查看GlusterFS卷
    • 2.查看所有卷的信息
    • 3.查看所有卷的状态
    • 4.停止一个卷
    • 5.删除一个卷
    • 6.设置卷的访问控制
    • 六.GFS部署
    • 1.节点进行磁盘分区、挂载
    • 2.配置/etc/hosts文件
    • 3.安装、启动GlusterFS
    • 4.添加节点创建集群
    • 5.根据规划创建卷
    • 1）创建分布式卷
  • 2）创建条带卷
  • • 3）创建复制卷
    • 4)创建分布式条带卷
    • 5）创建分布式复制卷
    • 查看卷列表
    • 6.部署gluster客户端
    • 1）安装客户端软件
    • 2）配置 /etc/hosts 文件
    • 3）创建挂载目录
    • 4）挂载 Gluster 文件系统
    • 7.测试 Gluster 文件系统
    • 8.查看文件分布
    • 1)查看分布式文件分布
    • • node1:/dev/sdb1:
    • node2:/dev/sdb1:
    • 2)查看条带卷文件分布
    • • node1:/dev/sdc1:
    • node2:/dev/sdc1:
    • 3)查看复制卷文件分布
    • node3:/dev/sdb1:
    • node4:/dev/sdb1:
    • 4)查看分布式条带卷分布
    • • node1:/dev/sdd1:
    • node2:/dev/sdd1:
    • node3:/dev/sdd1:
    • node4:/dev/sdd1:
    • 5)查看分布式复制卷分布
    • • node1:/dev/sde1
      • node2:/dev/sde1:
    • node3:/dev/sde1:
    • node4:/dev/sde1:
    • 七.冗余测试
    • 若发现关闭服务没效果，直接init0
    • 客户端（192.168.133.50）查看文件是否正常
    • 1.分布式卷
    • 2.条带卷
    • 3.分布式条带卷
    • 4.分布式复制卷
    • 5.复制卷
  • 总结：

一.概述

• GlusterFS:开源分布式文件系统，无元数据服务器
• FS：文件系统

1）文件系统组成(ext3,ext4)

• 1.文件系统的接口(API)
• 2.对对象管理的软件集合
• 3.对象及属性

2）文件系统FS作用

 对用户建立文件，存入，读出，修改，转储，控制文件存取

3）文件系统FS 的挂载使用

除了根文件系统外，需要先挂载到挂载点后，才可被访问
挂载点即分区设备文件关联的某个目录文件

4) 分布式文件系统(GFS)组成

• 1.存储服务器
• 2.客户端
• 3.NFS/samba存储网关组成

5)分布式文件系统(GFS)特点

• 扩展性和高性能
• 高可用(冗余）
• 全局统一命名空间
• 弹性卷管理(复制卷，条带卷
• 基于标准协议(http https)

6）分布式文件系统(GFS)专业术语

• brick块：实际存储用户数据的服务器
• volume:本地文件系统的分区
• fuse:用户空间的文件系统(伪文件系统)，客户端与服务端连接的工具，本地的数据以网络的方式传递,客户端服务端口连接工具客户端请求交给fuse
• VFS：虚拟接口，用户提交请求给VFS,VFS把文件给fuse，再交给GFS客户端，最后客户端交给远端存储
• Glusterd:服务端

二.模块化堆栈架构

多种功能模块组合在一起，组成堆栈架构

• 模块化、堆栈式架构
• 通过对模块的组合，实现复杂的功能

模块部分：

• gige:千兆口
• TCP/ip:网络协议
  infiniband:网络协议，tcp,ip具有转发丢失数据包的特征，丢包的几率小

RDMA：负责数据传输，数据传输协议
解决传输中客户端与服务器端数据处理的延迟

posix:可移植系统接口，解决不同操作系统见的移植性

三.GFS工作原理

用户：安装客户端，安装fuse，挂载到服务端，把文件存储进去

1.首先系统调用给vfs(虚拟接口），再将数据给fuse(伪文件系统)连接客户端和服务端

2.再数据保存在虚拟的文件中
3.通过客户端传递数据给服务端
4.服务端使用VFS接口，保存在实际文件系统中

四.GFS卷类型

1）分布式卷

• 没有对文件进行分块处理
• 通过扩展文件属性保存HASH值
• 支持的底层文件系统有EXT3、EXT4、ZFS、XFS

特点：

• 文件分开存，没有拆分大小，效率不提升
• 文件分布在不同服务器，不具备冗余
• 单点故障会造成数据丢失
• 依赖底层的数据保护

创建命令

• 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

2）条带卷

 大小拆分，轮询存储在每个节点
 不具备冗余，

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

创建命令

• 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

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

3)复制卷

冗余备份，多个节点存储空间不一致，按木桶效应最小节点存取
至少两个服务器和更多服务器

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

创建命令

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

4）分布式条带卷

分布式，条带卷功能
大文件访问处理，至少4台服务器

创建命令

创建了一个名为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)

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

5）分布式复制卷

 分布式，复制卷功能
 兼具分布式卷和复制卷的特点

创建命令

创建了一个名为dis-rep的分布式条带卷，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)

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

6）条带复制卷

类似RAID 10，同时具有条带卷和复制卷的特点

7）分布式条带卷

三种基本卷的复合卷通常用于类Map Reduce应用

五.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 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 192.168.133.100

仅允许

gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.133.*	  #设置192.168.133.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷（分布式复制卷）

六.GFS部署

集群环境准备

关闭防火墙：

systemctl stop firewalld
setenforce 0

1.节点进行磁盘分区、挂载

Node1节点：192.168.133.10
Node2节点：192.168.133.20
Node3节点：192.168.133.30
Node4节点：192.168.133.40
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 $NEWDEV
do
   echo -e "n\np\n\n\n\nw\n" | fdisk /dev/$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
./fdisk.sh

2.配置/etc/hosts文件

Node1节点：192.168.133.10
Node2节点：192.168.133.20
Node3节点：192.168.133.30
Node4节点：192.168.133.40
使用node1作为示范

echo "192.168.133.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.133.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.133.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.133.40 node4" >> /etc/hosts

3.安装、启动GlusterFS

四个节点相同操作：

Node1节点：192.168.133.10
Node2节点：192.168.133.20
Node3节点：192.168.133.30
Node4节点：192.168.133.40
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 * repos.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-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma

systemctl start glusterd.service
systemctl enable glusterd.service
systemctl status glusterd.service

4.添加节点创建集群

这里仅需在一个节点上操作
Node1节点：192.168.133.10
添加节点到存储信任池中

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：

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（192.168.133.50）

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=1

yum clean all && yum makecache

yum -y install glusterfs glusterfs-fuse

2）配置 /etc/hosts 文件

echo "192.168.133.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.133.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.133.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.133.40 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_rep

df -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 0

mount -a

7.测试 Gluster 文件系统

部署Gluster客户端（192.168.133.50）
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=40

ls -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:

ll -h /data/sdb1

node2:/dev/sdb1:

ll -h /data/sdb1

现象：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:

ll -h /data/sdc1

node2:/dev/sdc1:

ll -h /data/sdc1

现象：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:

ll -h /data/sdb1

node4:/dev/sdb1:

ll -h /data/sdb1

现象：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

node3:/dev/sdd1:

ll -h /data/sdd1

node4:/dev/sdd1:

ll -h /data/sdd1

现象：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

node2:/dev/sde1:

ll -h /data/sde1

node3:/dev/sde1:

ll -h /data/sde1

node4:/dev/sde1:

ll -h /data/sde1

现象：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）

七.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

若发现关闭服务没效果，直接init0

客户端（192.168.133.50）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/

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（192.168.133.40）进行测试具有冗余

ls -lh /test/rep/

总结：

• 分布式卷：文件分开存，没有拆分大小，效率不提升文件分布在不同服务器，不具备冗余

• 条带卷：大小拆分，轮询存储在每个节点不具备冗余，

• 复制卷：冗余备份，多个节点存储空间不一致，按木桶效应最小节点存取
  至少两个服务器和更多服务器

• 分布式条带：分布式，条带卷功能
  大文件访问处理，至少4太服务器

• 分布式复制：分布式，复制卷功能

GFS原理：
1.首先系统调用给vfs(虚拟接口），再将数据给fuse(伪文件系统)连接客户端和服务端
2.再数据保存在虚拟的文件中
3.通过客户端传递数据给服务端
4.服务端使用VFS接口，保存在实际文件系统中