一、GlusterFS
1.1 GlusterFS的概念
GlusterFS: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
1.2 GlusterFS的特点
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。
- Gluster弹性哈希(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采用弹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,而是采用操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操作。
弹性卷管理
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实时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。扫描二维码关注公众号,回复: 12904068 查看本文章
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
1.3 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
1.4 GlusterFS的工作流程
- 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
- linux系统内容通过VFSAPI收到请求并处理
- 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
- 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
- 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
- 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
1.5 后端存储如何定位文件
使用弹性HASH算法
为了解决分布式文件数据索引、定位的复杂程度,而使用弹性HASH算法来解决数据定位、索引、寻址的功能
先通过HASH算法对数据可以得到一个值:
- 该值有2的32次方个组合
- 每个数据对应了0-2的32次方的一个值
- 通常情况下,不同数据得到的值是不同的
- 弹性 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。
1.6 GFS支持的七种卷
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;文件没有被分片,直接根据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
分布式卷的特点:
- 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
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
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
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
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
- 至少由两个块服务器或更多服务器
- 具备冗余性
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
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
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
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
二、模拟实验——部署 GlusterFS 群集
Node1节点:node1/192.168.153.10 磁盘:/dev/sdb1 挂载点:/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1
Node2节点:node2/192.168.153.20 磁盘:/dev/sdb1 挂载点:/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1
Node3节点:node3/192.168.153.30 磁盘:/dev/sdb1 挂载点:/data/sdb1
/dev/sdc1 /data/sdc1
/dev/sdd1 /data/sdd1
/dev/sde1 /data/sde1
Node4节点:node4/192.168.153.40 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:192.168.153.50
每个节点先创建四块新硬盘
2.1 环境准备
①关闭防火墙及安全机制
systemctl stop firewalld
setenforce 0
②配置/etc/hosts文件
echo "192.168.153.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.153.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.153.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.153.40 node4" >> /etc/hosts
③创建磁盘分区并挂载
为节约时间,采用脚本来进行磁盘分区和挂载
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
. /opt.fdisk.sh #执行脚本
2.2 安装、启动GlusterFS(所有node节点)
cd /opt #拉入软件包
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-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma
systemctl start glusterd.service
systemctl enable glusterd.service
systemctl status glusterd.service
2.3 添加节点到存储信任池中( node1 节点)
#只要在一台Node节点上添加其它节点即可
gluster peer probe node1
gluster peer probe node2
gluster peer probe node3
gluster peer probe node4
gluster peer status #在每个Node节点上查看群集状态
2.4 根据规划创建卷
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) |
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
gluster volume list #查看卷列表
gluster volume start dis-volume #启动新建分布式卷
gluster volume info dis-volume #查看创建分布式卷信息
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
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
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
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
gluster volume list
三、 客户端配置
3.1 安装客户端软件
cd /opt #拉入软件包
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
2.2 配置 /etc/hosts 文件
echo "192.168.153.10 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.153.20 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.153.30 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.153.40 node4" >> /etc/hosts
2.3 创建挂载目录
mkdir -p /test/{
dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep}
ls /test
2.4 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 -Th
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
四、 测试 Gluster 文件系统
4.1 卷中写入文件,客户端操作
cd /opt
dd if=/dev/zero of=/opt/TEST1.log bs=1M count=40
dd if=/dev/zero of=/opt/TEST2.log bs=1M count=40
dd if=/dev/zero of=/opt/TEST3.log bs=1M count=40
dd if=/dev/zero of=/opt/TEST4.log bs=1M count=40
dd if=/dev/zero of=/opt/TEST5.log bs=1M count=40
ls -lh
cp TEST* /test/dis
cp TEST* /test/stripe/
cp TEST* /test/rep/
cp TEST* /test/dis_stripe/
cp TEST* /test/dis_rep/
4.2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
分布式文件分布
node1:/dev/sdb1
node2:/dev/sdb1
结论: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
条带卷文件分布
node1:/dev/sdc1
node1:/dev/sdc1
结论: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
复制卷文件分布
node3:/dev/sdb1
node4:/dev/sdb1
结论: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)
分布式条带卷分布
node1:/dev/sdd1
node2:/dev/sdd1
node3:/dev/sdd1
node4:/dev/sdd1
结论: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
分布式复制卷分布
node1:/dev/sde1
node2:/dev/sde1
node3:/dev/sde1
node4:/dev/sde1
结论: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)
4.3冗余测试
通过挂起 node2 节点服务器或者关闭glusterd服务来模拟故障
条带卷
结论: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
分布式卷
结论:数据查看,缺少四个文件,而这四个文件是存储在node2上的,所以分布式卷不具备冗余
分布式条带卷
存储在node1和node2上的TEST3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
结论:文件和数据都在,所以分布式复制卷具有冗余
复制卷
挂起node3和node4中任意一个节点进行测试
结论:文件和数据都在,所以复制卷具有冗余
五、其他的维护命令
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 192.168.153.100
#仅允许
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.153.* #设置192.168.153.0网段的所有IP地址都能访问dis-rep卷(分布式复制卷)
总结
分布式卷:相当于RAID0,不具备容错能力,若有一块磁盘损坏,则会造成数据丢失
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,相当于文件级RAID1,数据分数在多个Brick中
分布式条带卷:兼具分布式卷和条带卷的特定
分布式复制卷: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:三种基本卷特性的结合