GFS分布式（文件系统概述及分布式集群部署）

其他 2021-03-05 10:13:38 阅读次数: 0

GFS分布式

一、GlusterFS简介

一个开源的分布式文件系统

（1）组成部分

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

由以上四部分主从的组成的无元服务器

（2）文件系统组成：

  • 文件系统接口
  • 对对像管理的软件集合
  • 对象及属性

（3）与传统分布式相比的优点

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非常高，但是也存在一些缺陷，例如单点故障。

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 支持 TCP/IP 和 InfiniBandRDMA 高速网络互联，客户端可通过原生 GlusterFS 协议访问数据，其他没有运行 GlusterFS 客户端 的终端可利用 NFS/CIFS 标准协议通过存储网关访问数据。
在这里插入图片描述

二、GlusterFS特点

  • 扩展性和高性能
  • 高可用性
  • 全局统一命名空间
  • 弹性卷管理
  • 基于标准协议

三、GlusterFS术语

  • Brick（块存储服务器）实际存储用户数据的服务器
  • Volume（逻辑卷）本地文件系统的"分区"
  • 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（虚拟端口）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。

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

  • API：应用程序编程接口
  • 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、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
在这里插入图片描述
解读：

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、然后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

在这里插入图片描述
1、外来一个请求，例如：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

五、后端存储如何定位文件

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
  • 为了解决分布式文件数据索引、定位的复杂程度，而使用了HASH算法来辅助

六、GFS支持的七种卷

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

七、GFS部署

（1）实验环境

Node1节点：node1/192.168.90.10		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1

Node2节点：node2/192.168.90.20		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1

Node3节点：node3/192.168.90.40		  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
											/dev/sdc1					/data/sdc1
											/dev/sdd1					/data/sdd1
											/dev/sde1					/data/sde1

Node4节点：node4/192.168.90.60   	  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：192.168.90.70=====

（2）更改节点名称

node1（192.168.90.10）

hostname node1
su -
上一次登录：三 3月  3 11:09:44 CST 2021从 192.168.90.1pts/0 上

node2（192.168.90.20）

hostname node2
su -
上一次登录：三 3月  3 11:09:47 CST 2021从 192.168.90.1pts/0 上

node4（192.168.90.40）

hostname node4
su -
上一次登录：三 3月  3 11:09:56 CST 2021从 192.168.90.1pts/0 上

node6（192.168.90.60）

hostname node6
su -
上一次登录：三 3月  3 11:09:48 CST 2021从 192.168.90.1pts/1 上

（3）节点进行磁盘挂载，安装本地源

所有节点进行配置

systemctl stop firewalld
setenforce 0

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

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

echo "192.168.90.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.90.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.90.40 node4" >> /etc/hosts
echo "192.168.90.60 node6" >> /etc/hosts

确保文件gfsrepo.zip 在opt目录下

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

（4）添加节点创建集群

添加节点到存储信任池中

gluster peer probe node1
gluster peer probe node2
gluster peer probe node4
gluster peer probe node6

gluster peer status

（5）根据规划创建卷

========根据以下信息创建卷=========
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)

（6）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

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

在这里插入图片描述

（7）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 force
gluster volume start stripe-volume
gluster volume info stripe-volume

在这里插入图片描述

（8）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 node4:/data/sdb1 node6:/data/sdb1 force
gluster volume start rep-volume
gluster volume info rep-volume

在这里插入图片描述

（9）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

gluster volume create dis-stripe stripe 2 node1:/data/sdd1 node2:/data/sdd1 node4:/data/sdd1 node6:/data/sdd1 force
gluster volume start dis-stripe
gluster volume info dis-stripe

在这里插入图片描述

（10）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

gluster volume create dis-rep replica 2 node1:/data/sde1 node2:/data/sde1 node4:/data/sde1 node6:/data/sde1 force
gluster volume start dis-rep
gluster volume info dis-rep

在这里插入图片描述

（11）部署 Gluster 客户端

安装客户端软件

将gfsrepo 软件上传到/opt目下进行解压
unzip gfsrepo.zip

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

在这里插入图片描述

配置 /etc/hosts 文件

echo "192.168.90.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.90.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.90.40 node4" >> /etc/hosts
echo "192.168.90.60 node6" >> /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

在这里插入图片描述

永久挂载

vim /etc/fstab

node1:dis-volume		/text/dis				glusterfs		defaults,_netdev		0 0
node1:stripe-volume		/text/stripe			glusterfs		defaults,_netdev		0 0
node1:rep-volume		/text/rep				glusterfs		defaults,_netdev		0 0
node1:dis-stripe		/text/dis_and_stripe	glusterfs		defaults,_netdev		0 0
node1:dis-rep			/text/dis_and_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

在这里插入图片描述

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/

在这里插入图片描述

（12）查看文件分布

查看分布式文件分布

ls -lh /data/sdb1
数据没有被分片 ,但是存放在不同的node节点。实现了分布式存储

在这里插入图片描述

查看条带卷文件分布

ls -lh /data/sdc1
数据被分片50% 没副本 没冗余

在这里插入图片描述
查看复制卷分布

ll -h /data/sdb1					
数据没有被分片 有副本 有冗余

在这里插入图片描述
查看分布式条带卷分布

ll -h /data/sdd1					
数据被分片50% 没副本 没冗余

在这里插入图片描述
查看分布式复制卷分布

ll -h /data/sde1

在这里插入图片描述

（13）破坏性测试

挂起 node2 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障

分布式卷数据查看

客户上发现少了demo5.log文件，这个是在node2上的在这里插入图片描述
条带卷数据查看

无法访问，条带卷不具备冗余性
在这里插入图片描述
分布式条带卷数据查看

无法访问，分布式条带卷不具备冗余性
在这里插入图片描述
分布式复制卷数据查看

可以访问，分布式复制卷具备冗余性

在这里插入图片描述
上述实验测试，凡是带复制数据，相比而言，数据比较安全

小知识：

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 192.168.90.10

#仅允许
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.90.* #设置192.168.90.0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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转载自blog.csdn.net/weixin_51468875/article/details/114298902
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