GFS分布式文件系统

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一、GFS概述

1、GlusterFS的概念

  • GlusterFS：分布式文件系统
    开源的分布式文件系统

  • 组成：
    存储服务器
    客户端
    NFS/Samba 存储网关

  • 无元数据服务器

    • 数据分散存储
    • 可避免出现单点故障

  • 补充：
    FS（文件系统）的作用:从系统角度来看，文件系统是对文件存储设备的空间进行组织和分配，负责文件存储并对存入的文件进行保护和检索的系统。
    具体地说，它负责为用户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的存取
    文件系统组成：
    1)文件系统接口
    2)对对像管理的软件集合
    3)对象及属性

2、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

3、GlusterFS术语

  • Brick（块存储）：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。
  • 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：用户空间的文件系统（类别EXT4），”这是一个伪文件系统“，用户端的交换模块
  • 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的存储
    Glusterd（服务）：是运行再存储节点的进程（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

4、GlusterFS的工作流程

在这里插入图片描述

  • 1、外来一个请求，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

5、GFS卷类型

  • 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
  • 分布式条带数据卷

6、三大基本卷的特点

①、分布式卷

  • 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

②、条带卷

  • 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

③、复制卷

  • 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

二、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 192.168.10.100

仅拒绝

gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.10.*	  #设置192.168.163.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷（分布式复制卷）

三、GFS部署

集群环境准备

节点名称ip地址磁盘挂载点
Node1节点192.168.10.15/dev/sdb1
/dev/sdc1
/dev/sdd1
/dev/sde1		/data/sdb1
/data/sdc1
/data/sdd1
/data/sde1
Node2节点192.168.10.16/dev/sdb1
/dev/sdc1
/dev/sdd1
/dev/sde1		/data/sdb1
/data/sdc1
/data/sdd1
/data/sde1
Node3节点192.168.10.17/dev/sdb1
/dev/sdc1
/dev/sdd1
/dev/sde1		/data/sdb1
/data/sdc1
/data/sdd1
/data/sde1
Node4节点192.168.10.18/dev/sdb1
/dev/sdc1
/dev/sdd1
/dev/sde1		/data/sdb1
/data/sdc1
/data/sdd1
/data/sde1
客户端192.168.10.19

== 所有节点更改名称，方便识别==
== 关防火墙（所有节点和客户端）==

1、部署节点集群

#关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0

#磁盘分区，并进行挂载
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

cd /opt
chmod +x fdisk.sh
./fdisk.sh

#配置各个节点的/etc/hosts文件（所有节点操作）
echo "192.168.10.15 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.16 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.17 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.18 node4" >> /etc/hosts

#安装、启动GFS（所有节点操作）
unzip gfsrepo.zip
cd /etc/yum.repos.d/
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

#添加DNS，进行时间同步
echo "nameserver 114.114.114.114" >> /etc/resolv.conf
ntpdate ntp1.aliyun.com

#添加节点到存储信任池中（在任意一个node中操作）
gluster peer probe node1
gluster peer probe node2
gluster peer probe node3
gluster peer probe node4

#在每个node节点上查看群集状态
gluster peer status

========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，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
gluster volume list
gluster volume start dis-volume
gluster volume info dis-volume

#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

#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

#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 start dis-stripe
gluster volume info dis-stripe

#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 start dis-rep
gluster volume info dis-rep

在这里插入图片描述
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2、部署gluster客户端

cd /opt
unzip gfsrepo.zip 

cd /etc/yum.repos.d/
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

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

echo "192.168.10.15 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.16 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.17 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.18 node4" >> /etc/hosts

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

在这里插入图片描述
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3、测试 Gluster 文件系统

#客户端写入数据
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/

#查看文件分布
1、查看分布式文件分布
node1：ll -h /data/sdb1
node2：ll -h /data/sdb1
2、查看条带卷文件分布
node1：ll -h /data/sdc1
node2：ll -h /data/sdc1
3、查看复制卷文件分布
node3：ll -h /data/sdb1
node4：ll -h /data/sdb1
4、查看分布式条带卷分布
node1：ll -h /data/sdd1
node2：ll -h /data/sdd1
node3：ll -h /data/sdd1
node4：ll -h /data/sdd1
5、查看分布式复制卷分布
node1：ll -h /data/sde1
node2：ll -h /data/sde1
node3：ll -h /data/sde1
node4：ll -h /data/sde1

在这里插入图片描述
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  • 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

在这里插入图片描述
node2:/dev/sdb1

ll -h /data/sdb1

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  • 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

在这里插入图片描述
node2:/dev/sdc1

ll -h /data/sdc1

在这里插入图片描述

  • 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

在这里插入图片描述
node4:/dev/sdb1

ll -h /data/sdb1

在这里插入图片描述
- 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

在这里插入图片描述
node2:/dev/sdd1

ll -h /data/sdd1

在这里插入图片描述
node3:/dev/sdd1

ll -h /data/sdd1

在这里插入图片描述
node4:/dev/sdd1

ll -h /data/sdd1

在这里插入图片描述

  • 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

在这里插入图片描述
node2:/dev/sde1

ll -h /data/sde1

在这里插入图片描述
node3:/dev/sde1

ll -h /data/sde1

在这里插入图片描述
node4:/dev/sde1

ll -h /data/sde1

在这里插入图片描述

  • 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）

4、破坏性测试

  • node2和node4的服务器进行挂机来模拟故障，然后在客户端上查看其他服务器的文件是否正常

①、分布式卷数据（可查看，但缺少node2的demo5.log）

在这里插入图片描述

②、条带卷（不可查看，不具备冗余）

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③、复制卷（可查看 ，有冗余）

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④、分布式条带卷（不可查看，不具备冗余）

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⑤、分布式复制卷（可查看 ，有冗余）

在这里插入图片描述

四、gluster命令

gluster [参数]
常用参数说明
peer probe 节点添加节点
peer detach 节点删除节点
peer status 节点节点状态
volume start 卷名启动卷
volume stop 卷名停止卷
volume delete 卷名删除卷
volume list列出卷
volume info查看卷信息
volume status查看卷状态

总结

分布式卷：属于文件级的RAID0，不具备容错能力，如果有一块磁盘损坏，数据就丢失
条带卷：类似RAID0，文件将被分成数据块并以轮询方式分布到Brick server上
复制卷：将文件同步到多个Brick上，属于文件RAID1,数据分数在多个Brick中
分布式条带卷：Brick server 数量是条带数兼具分布式卷和条带卷的特定
分布式复制卷：Brick server数量是镜像数，兼具分布式卷和复制卷的特点
条带复制卷: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：三种基本卷的集合

在企业中数据的安全性是非常重要的，不具备冗余的卷是不会被企业所接受，所以使用频率较高的就是冗余性好的几种，例如本章讲的复制卷、分布式复制卷，还有没讲的条带复制卷和分布式条带复制卷了。