GlusterFS分布式文件系统概念及简单的部署 *** 作实验_PHP

文章目录

GFS分布式文件系统
- GlusterFS 概述
- - GlusterFS简介
  - GlusterFS特点
  - GlusterFS术语
  - 模块化堆栈式架构
  - GlusterFS的工作流程
  - d性HASH算法
  - GlusterFS的卷类型
- 部署GlusterFS群集
- - 准备环境
  - 安装、启动GlusterFS（所有node节点都要 *** 作包括客户机）
  - 添加节点到存储信任池中（node1节点）
  - 创建卷
  - 部署gluster客户端
  - 测试Gluster文件系统功能
  - 冗余测试

GFS分布式文件系统

存储方式有：块存储、文件存储、对象存储

块存储（典型设备：磁盘阵列、硬盘）：

可以通过Raid、等手段保护数据；组合多块硬盘，提高容量；写入数据时可以并行写入，提升读写速率；块存储多数的SAN架构组网，传输速度以及封装协议能使其传输速度和读写效率得到提升。

SAN架构组网时需要额外购买光纤通道卡及光纤交换机，成本高；服务器不做集群情况下裸盘映射给主机就不可以给另一台主机使用，无法共享数据；不同 *** 作系统格式化后不同文件系统之间文件不共享；

文件存储（典型设备：FTP、NFS服务器）（克服文件无法共享）：

造价低（一台机器、普通以太网）；方便文件共享
读写速度低，传输速度慢（以太网上传下载速度慢，所有读写都要一台服务器硬盘承受（较于阵列数量过少））

对象存储（典型设备：内置大容量硬盘的分布式服务器、GFS、Ceph、Fastdfs、阿里云（OSS）、AWS（S3）、私有云openstack（swift））（分布式存储、云）

提供大容量，多副本的安全机制，可以有多个快存储组成一个整体对外提供服务，对于用户而言就是一个整体，数据会按照对象存储的存储规则进行分片和多副本的存储

GlusterFS 概述 GlusterFS简介

GlusterFS是一个开源的分布式文件系统。
由存储服务器、客户端以及NES/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（索引）**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。
Glusters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（namespace）来管理数据。

GlusterFS特点

扩展性和高性能

GlusterFS利用双重特性来提供高容量存储解决方案。
- 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。
- Glusterd性哈希(ElasticHash)解决了GlusterFS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d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。
高可用性
- GlusterFS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
- GlusterFS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 *** 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。
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 *** 作。
d性卷管理
- GlusterFS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。
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 *** 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

GlusterFS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的目录的绝对路径构成，表示方法为 SERVER:EXPORT，如192.168.42.3:/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 *** 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。

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，即可实现复杂的功能。

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。

GlusterFS的工作流程

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

d性HASH算法

d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。
d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：
- 文件分布在不同的服务器，不具备冗余性
- 容易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
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
条带卷（Stripe volume）

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。
- 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
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RAID1，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
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Fil1e2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
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（Stripe Replica volume）

三种基本卷的复合卷，通常用于类Map Reduce应用。

部署GlusterFS群集

节点	IP地址	磁盘	挂载点
Node1节点	192.168.42.3	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1 /data/sde1
Node2节点	192.168.42.4	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1 /data/sde1
Node3节点	192.168.42.5	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1 /data/sde1
Node4节点	192.168.42.6	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/data/sdb1 /data/sdc1 /data/sdd1 /data/sde1
客户端	192.168.42.7

准备环境

关闭防火墙

systemctl stop firewalld

setenforce 0

磁盘分区，并挂载

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

chmod +x /opt/fdisk.sh

cd /opt/

./fdisk.sh

修改主机名，配置/etc/hosts文件（每个节点）

以Node1节点为例

hostnamectl set-hostname node1

su

echo "192.168.42.3 node1" >> /etc/hosts

echo "192.168.42.4 node2" >> /etc/hosts

echo "192.168.42.5 node3" >> /etc/hosts

echo "192.168.42.6 node4" >> /etc/hosts

安装、启动GlusterFS（所有node节点都要 *** 作包括客户机）

将gfsrepo软件上传到/opt目录下

cd /opt

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 centos-release-gluster #如果采用官方YUM源安装，可以直接指向互联网仓库

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

systemctl enable glusterd.service

systemctl status glusterd.service

添加节点到存储信任池中（node1节点）

只要在一台Node节点上添加其他节点即可

gluster peer probe node1

gluster peer probe node2

gluster peer probe node3

gluster peer probe node4
在每个Node节点上查看集群状态

gluster peer status

创建卷

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)

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
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
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 force

gluster volume start rep-volume

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

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

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 node3:/data/sde1 node4:/data/sde1 force

gluster volume start dis-rep

gluster volume info dis-rep
查看卷列表

gluster volume list

部署gluster客户端

配置/etc/hosts文件

echo "192.168.42.3 node1" >> /etc/hosts

echo "192.168.42.4 node2" >> /etc/hosts

echo "192.168.42.5 node3" >> /etc/hosts

echo "192.168.42.6 node4" >> /etc/hosts
创建挂载的目录

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

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

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

mount -a

测试Gluster文件系统功能

在客户端中向卷中写入文件

cd /opt

dd if=/dev/zero of=/opt/demo1.txt bs=1M count=40

dd if=/dev/zero of=/opt/demo2.txt bs=1M count=40

dd if=/dev/zero of=/opt/demo3.txt bs=1M count=40

dd if=/dev/zero of=/opt/demo4.txt bs=1M count=40

dd if=/dev/zero of=/opt/demo5.txt 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

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
  
  在node1:/dev/sdb1
  
  ll -h /data/sdb1
  
  在node2:/dev/sdb1
  
  ll -h /data/sdb1
  
  分布式只会将demo文件分开存储（五个文件不在同一磁盘分区），不会将数据分片和备份
2. 查看条带卷文件分布
  
  在node1:/dev/sdc1
  
  ll -h /data/sdc1
  
  在node2:/dev/sdc1
  
  ll -h /data/sdc1
  
  条带卷会将每个demo文件中的数据分存储（两个分区各有20M的文件），没有备份
3. 查看复制卷文件分布
  
  在node3:/dev/sdb1
  
  ll -h /data/sdb1
  
  在node4:/dev/sdb1
  
  ll -h /data/sdb1
  
  复制卷会将每个demo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
在node1:/dev/sdd1

ll -h /data/sdd1

在node2:/dev/sdd1

ll -h /data/sdd1

在node3:/dev/sdd1

ll -h /data/sdd1

在node4:/dev/sdd1

ll -h /data/sdd1

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
1. 查看分布式复制卷分布
  
  在node1:/dev/sde1
  
  ll -h /data/sde1
  
  在node2:/dev/sde1
  
  ll -h /data/sde1
  
  在node3:/dev/sde1
  
  ll -h /data/sde1
  
  在node4:/dev/sde1
  
  ll -h /data/sde1
  
  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）

冗余测试

挂起node2节点或者关闭gluster服务来模拟故障

systemctl stop gluster.service

在客户端上查看文件是否正常
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
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
分布式条带卷

ls -lh /test/dis_stripe/

存储在node1和node2上的4个文件不见了（数据是分片存储的），所以分布式条带卷不具备冗余
分布式复制卷

ls -lh /test/dis_rep/

文件和数据都在，分布式复制卷具有冗余
复制卷

在node3和node4中选一个关闭，关闭node4进行测试

ls -lh /test/rep/

文件和数据都在，所以复制卷具有冗余

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GlusterFS分布式文件系统概念及简单的部署 *** 作实验

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