GlusterFS 分布式文件系统

文章目录

  • 一.概述
    • 1)文件系统组成
    • 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
    • 7. 元数据服务器的作用
  • 二.模块化堆栈架构
    • 模块部分:
  • 三.GFS工作原理
    • GFS工作流程
  • 四.GFS卷类型
    • 1)分布式卷
    • 2)条带卷
    • 3)复制卷
    • 4)分布式条带卷
    • 5)分布式复制卷
    • 6)条带复制卷
    • 7)分布式条带卷
  • 五.相关维护命令
  • 六.GFS部署
    • 1.节点进行磁盘分区、挂载
    • 2.修改主机名,配置/etc/hosts文件

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

1.文件系统的接口(API)

  • 2.功能模块(管理、存储的工具):对对象管理的软件集合
    • 3.对象及属性(使用此文件系统的消费者)

2)文件系统FS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;主要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

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

存储服务器

  • 客户端
  • .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

7. 元数据服务器的作用

存储元数据,帮用户定位文件的位置、索引等信息
有元数据服务器文件系统中,如果元数据损坏,会直接导致文件系统不可用( 单点故障-服务器定位)
详见下图:若A宕机,就无法获取数据。
在这里插入图片描述
而GFS把元数据服务器舍弃了,使用的是数据挂载形式挂载到客户端,挂载的网关是NFS/Samba,实现ABC三台GFS服务器数据共享,即使服务器A宕机,也可以从服务器B/C拿取数据
在这里插入图片描述

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

GFS工作流程

写的过程
GFS客户端服务器
需求:将数据保存在GFS文件系统中(客户端在本地发出写请求)
交由VFS的API接受请求–>组合功能模块,将数据交给FUSE(内核伪文件系统)
FUSE可以模拟操作系统,可以对文件系统进行转存,转存的设备位置为: /dev/fuse (用于传输的设备-虚拟设备文件)
/dev/fuse 虚拟设备文件会将数据交给GFS客户端
GFS客户端client会根据配置文件对数据进行处理,然后再通过TCP/IB/rdma网络发送到GFS服务端
GFS服务端服务器
接收到数据之后
会将数据保存在对应的存储节点上
详见下图

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-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

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

命令含义
gluster volume list查看GlusterFS卷
gluster volume info查看所有卷的信息
gluster volume status查看所有卷的状态
gluster volume stop dis-stripe停止一个卷
gluster volume delete dis-stripe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 set dis-rep auth.allow + IP设置卷的访问控制仅拒绝
gluster volume set dis-rep auth.allow + IP仅允许

六.GFS部署

节点名IP地址
Node 1192.168.10.129
Node2192.168.10.134
Node3192.168.10.130
Node4192.168.10.142
客户机192.168.10.1

关闭防火墙:

systemctl stop firewalld
setenforce 0

1.节点进行磁盘分区、挂载

Node1节点:192.168.10.129
Node2节点:192.168.10.134
Node3节点:192.168.10.130
Node4节点:192.168.10.142

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

获着

#!/bin/bash
echo "the disks exist list:"
##grep出系统所带磁盘
fdisk -l |grep '磁盘 /dev/sd[a-z]'    
echo "=================================================="
PS3="chose which disk you want to create:"
 ##选择需要创建的磁盘编号
select VAR in `ls /dev/sd*|grep -o 'sd[b-z]'|uniq` quit   
do
    case $VAR in
    sda)
 ##本地磁盘就退出case语句
        fdisk -l /dev/sda   
        break ;;
    sd[b-z])
        #create partitions
        echo "n    ##创建磁盘
                p
                
                
           
                w"  | fdisk /dev/$VAR
 
        #make filesystem
##格式化
        mkfs.xfs -i size=512 /dev/${VAR}"1" &> /dev/null    
	#mount the system
        mkdir -p /data/${VAR}"1" &> /dev/null
###永久挂载
        echo -e "/dev/${VAR}"1" /data/${VAR}"1" xfs defaults 0 0\n" >> /etc/fstab
###使得挂载生效
        mount -a &> /dev/null
        break ;;
    quit)
        break;;
    *)
        echo "wrong disk,please check again";;
    esac
done

在这里插入图片描述

2.修改主机名,配置/etc/hosts文件

#以Node1节点为例:

hostnamectl set-hostname node1
su

echo "192.168.10.129 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.134 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.130 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.142 node4" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.1 client" >> /etc/hosts

----- 安装、启动GlusterFS(所有node节点上操作) -----
#将gfsrepo 软件上传到/opt目录下

#上传gfsrepo.zip 至/opt解压缩

unzip gfsrepo.zip
cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repo.bak
mv *.repo repo.bak

打开配置文件

vim  /etc/yum.repos.d/glfs.repo
[glfs]
name=glfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1
yum clean all && yum makecache

安装

#yum -y install centos-release-gluster			#如采用官方 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

在这里插入图片描述

解决方法,卸载高版本,重新安装

rpm -e --nodeps glusterfs-api 
rpm -e --nodeps glusterfs-libs 
rpm -e --nodeps glusterfs-fuse 
rpm -e --nodeps glusterfs-cli
yum -y install glusterfs-client-xlators.x86_64 
yum -y install glusterfs-api.x86_64 
yum install -y  glusterfs-cli
如果还有其他软件包版本过高,直接卸载,重新安装即可

启动

systemctl start glusterd.service  开启服务
systemctl enable glusterd.service  开机自启动服务
systemctl status glusterd.service   查看状态

在这里插入图片描述

进行时间同步

ntpdate ntp1.aliyun.com

----- 添加节点到存储信任池中(在 node1 节点上操作) -----
#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

在每个Node节点上查看群集状态

gluster peer status

在这里插入图片描述

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

gluster volume create dis-volume node1:/data/sdb1 node2:/data/sdb1 force	

#查看卷列表

gluster volume list

在这里插入图片描述

#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

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

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

gluster volume create rep-volume replica 2 node3:/data/sdb1 node4:/data/sdb1 force
gluster volume start rep-volume
gluster volume info rep-volume

在这里插入图片描述

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

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

在这里插入图片描述

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

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

在这里插入图片描述
---- 部署 Gluster 客户端 -----
1.安装客户端软件
#将gfsrepo 软件上传到/opt目下

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.创建挂载目录
mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep}
ls /test

3.配置 /etc/hosts 文件

echo “192.168.10.129 node1” >> /etc/hosts
echo “192.168.10.134 node2” >> /etc/hosts
echo “192.168.10.130 node3” >> /etc/hosts
echo “192.168.10.142 node4” >> /etc/hosts
echo “192.168.10.1 client” >> /etc/hosts

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

在这里插入图片描述
----- 测试 Gluster 文件系统 -----
1.卷中写入文件,客户端操作

cd /opt
dd if=/dev/zero of=/opt/demo1.log bs=1M count=20
dd if=/dev/zero of=/opt/demo2.log bs=1M count=20
dd if=/dev/zero of=/opt/demo3.log bs=1M count=20
dd if=/dev/zero of=/opt/demo4.log bs=1M count=20
dd if=/dev/zero of=/opt/demo5.log bs=1M count=20
cp demo* /test/dis
cp demo* /test/stripe/
cp demo* /test/rep/
cp demo* /test/dis_stripe/
cp demo* /test/dis_rep/

2.查看文件分布
#查看分布式文件分布

[root@node1 ~]# ls -lh /data/sdb1					#数据没有被分片
[root@node2 ~]# ll -h /data/sdb1

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
#查看条带卷文件分布

[root@node1 ~]# 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

root@node2 ~]# ll -h /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

[root@node3 ~]# 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

[root@node3 ~]# ll -h /data/sdd1

在这里插入图片描述

root@node4 ~]# ll -h /data/sdd1

在这里插入图片描述

root@node4 ~]# ll -h /data/sdd1

在这里插入图片描述
#查看分布式复制卷分布
#数据没有被分片 有副本 有冗余

[root@node1 ~]# ll -h /data/sde1

在这里插入图片描述

[root@node2 ~]# ll -h /data/sde1

在这里插入图片描述

[root@node3 ~]# ll -h /data/sde1

在这里插入图片描述

[root@node4 ~]# ll -h /data/sde1

在这里插入图片描述
---- 破坏性测试 -----
#挂起 node2 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障
[root@node2 ~]# systemctl stop glusterd.service

#在客户端上查看文件是否正常
#分布式卷数据查看

[root@localhost dis]# ll 						#在客户上发现少了demo5.log文件,这个是在node2上的

在这里插入图片描述
#条带卷

[root@localhost text]# cd stripe/					#无法访问,条带卷不具备冗余性
[root@localhost stripe]# ll

在这里插入图片描述
#分布式条带卷

[root@localhost dis_and_stripe]# ll					#无法访问,分布条带卷不具备冗余性

在这里插入图片描述
#分布式复制卷

[root@localhost dis_and_rep]# ll					#可以访问,分布式复制卷具备冗余性

在这里插入图片描述
若node2修复,加入集群,数据正常

#挂起 node2 和 node4 节点,在客户端上查看文件是否正常
#测试复制卷是否正常

[root@localhost rep]# ls -l						#在客户机上测试正常 数据有

在这里插入图片描述
测试分布式条卷是否正常

[root@localhost dis_stripe]# ll						#在客户机上测试正常 没有数据 

在这里插入图片描述
#测试分布式复制卷是否正常

[root@localhost dis_and_rep]# ll					#在客户机上测试正常 有数据

在这里插入图片描述
#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.deny 192.168.10.100

#仅允许
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.10.* #设置192.168.10.0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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