GFS分布式文件系统实验

news2024/11/23 15:52:49

GFS概念

Gluster 是一个开源的分布式文件系统

它是一个C/S架构

由存储服务器、客户端以及NFS/Samba存储网关组成

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

文件系统定义

负责实现数据存储方式，以什么格式保存在磁盘中的一个技术

GlusterFS特点

扩展性和高性能

分布式的特性

高可用性

冗余、容灾的能力

全局统一命令空间

将所有节点的命名空间整个统一命令空间。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，供客户端访问

弹性卷管理

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

基于标准协议

按照什么协议进行传输（TCP/UDP），Gluster 存储服务支持 NFS、CIFS、HTTP、FTP、SMB 及 Gluster原生协议，完全与 POSIX 标准（可移植操作系统接口）兼容

GlusterFS专业术语

Brick（块存储服务器）

实际存储用户数据的服务器（相当于逻辑卷中的PE）

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

本地文件系统的“分区”

FUSE（用户空间的文件系统）

用户的空间的文件系统（类别EXT4），这是一个”伪文件系统（就是虚拟的文件系统）“，用户端的交换模块

VFS（虚拟端口）

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程服务端进行存储

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

GlusterFS构成

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

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

推栈式

  • 同时启用多个模块，多个功能功能可以组合，实现复杂的功能

1、GlusterFS总流程

  • I/O cache ： I/O缓存
  • read ahead ： 内核文件预读
  • distribute/stripe： 分布式、条带化
  • Gige： 千兆网/千兆接口
  • TCP/IP： 网络协议
  • InfiniBand： 网络协议，与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，流程制的机制来保证连接的完整性。
  • 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。

上半部分为客户端，中间为网络层，下班部分为服务端

  • 封装多核功能模块，组成推栈式的结构，来实现复杂的功能。
  • 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。

2、GFS的工作原理

上图说明

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。

②linux系统内核通过VFS的API收到请求并处理。

③VFS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GluseterFS client端。

④GlusterFS 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，将数据发送给远程端的Gluster server，并将数据写入到服务器储存设备上。

⑥server再将数据转交给VFS虚拟文件系统转换，再由VFS进行CFS转存处理，最后交给EXT3文件系统，最后存储到磁盘中。

3、分布式gfs服务器存储

分布式GFS存储是依靠于弹性hash算法，通过对存储内容进行hash算法的运算，可以得到32位的整数，将32位整数平均划分到 分布式服务器中，也就是每一个brick对应一段整数范围。用户根据计算得出数字找到对应的brick块。

弹性HASH算法

  • 弹性 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。

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

四、GlusterFS的卷类型

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
  • 支持底层文件系统有EXT3、EXT4、ZFS、XFS等

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

2、条带卷

  • 根据偏移量将文件分成N块（N个条带节点），轮询的存储在每个Brick Server节点
  • 存储大文件时，性能尤为突出
  • 不具备冗余性，类似Raid0

特点

  • 数据被分割成更小块分布到块服务器群集中的不同条带区。
  • 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

  • 同一文件保存一份或多份副本
  • 因为要保存副本，所以磁盘利用率较低
  • 若多个节点上的存储空间不一致，将按照木桶效应取最低点的容量作为该卷的总容量。

特点

  • 卷中所有的服务器均保存一个完整的副本
  • 卷的副本数量可由创建的时候决定，但是复制必须等于卷中Brick所包含的存储服务器数。
  • 至少由两块服务器或更多服务器
  • 具备冗余性

4、分布式条带卷

  • 兼顾分布式卷和条带卷的功能
  • 主要用于大文件访问处理
  • 至少最少需要4台服务器

5、分布式复制卷

  • 兼顾分布式卷和复制卷的功能
  • 用于需要冗余的情况

五、部署GlusterFS集群实验

1、集群环境

Node1节点：node1/192.168.154.40	  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
								  /dev/sdc1					/data/sdc1
								  /dev/sdd1					/data/sdd1
								  /dev/sde1					/data/sde1
 
Node2节点：node2/192.168.154.50	  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
								  /dev/sdc1					/data/sdc1
								  /dev/sdd1					/data/sdd1
								  /dev/sde1					/data/sde1
 
Node3节点：node3/192.168.154.60  磁盘： /dev/sdb1			挂载点： /data/sdb1
								  /dev/sdc1					/data/sdc1
								  /dev/sdd1					/data/sdd1
								  /dev/sde1					/data/sde1
 
Node4节点：node4/192.168.154.70    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：192.168.154.30=====

更改节点主机名称、关闭防火墙

以下四台服务器相同操作，分别命名名称为：node1、node2、node3、node4

[root@ydq1 ~]# systemctl stop firewalld
[root@ydq1 ~]# setenforce 0
[root@ydq1 ~]# hostnamectl set-hostname node1
[root@ydq1 ~]# su
[root@node1 ~]#

节点进行磁盘挂载，安装本地源

所有节点都需要做，这边以node1为例

------------------------编写自动分区脚本，并执行---------------------------
[root@node1 ~] # 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
 
:wq
 
[root@node1 ~] # chmod +x /opt/fdisk.sh
[root@node1 ~] # cd /opt/
[root@node1 /opt] # ./fdisk.sh
 
-----------------------创建本地DNS-------------------------------
[root@node1 /opt] # echo "20.0.0.55 node1" >> /etc/hosts
[root@node1 /opt] # echo "20.0.0.56 node2" >> /etc/hosts
[root@node1 /opt] # echo "20.0.0.57 node3" >> /etc/hosts
[root@node1 /opt] # echo "20.0.0.58 node4" >> /etc/hosts
 
----------------------上传gfsrepo软件到/opt目录下
[root@node1 /opt] # ls
fdisk.sh  rh
[root@node1 /opt] # rz -E
rz waiting to receive.
[root@node1 /opt] # ls
fdisk.sh  gfsrepo.zip  rh
[root@node1 /opt] # unzip gfsrepo.zip 
 
----------------------编写创建本地源脚本，并执行------------------------
[root@node1 opt]# vim /opt/gfs.sh
 
cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repo.bak
mv *.repo repo.bak
 
echo '[glfs]
name=glfs
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1' > glfs.repo
 
[root@node1 opt]# chmod +x gfs.sh 
yum clean all && yum makecache
 
--------------------安装glusterd服务，并启动---------------------
[root@node1 opt]# yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma
[root@node1 opt]# systemctl start glusterd.service
[root@node1 opt]# systemctl enable glusterd.service
[root@node1 opt]# systemctl status glusterd.service

添加节点创建集群

添加节点到存储信任池中（仅需在一个节点上操作，我这里依旧在node1节点上操作）

---------------------添加集群节点---------------------------
[root@node1 opt]# gluster peer probe node1
peer probe: success. Probe on localhost not needed
[root@node1 opt]# gluster peer probe node2
peer probe: success. 
[root@node1 opt]# gluster peer probe node3
peer probe: success. 
[root@node1 opt]# gluster peer probe node4
peer probe: success. 
 
------------------查看集群节点-------------------------------
[root@node1 opt]# gluster peer status
Number of Peers: 3
 
Hostname: node2
Uuid: d7a3589b-da11-4f39-ac2a-f34416ca88a6
State: Peer in Cluster (Connected)
 
Hostname: node3
Uuid: c57b2162-3f76-45ae-b139-fead1580a6f5
State: Peer in Cluster (Connected)
 
Hostname: node4
Uuid: d4a0dc1c-31c5-4731-a7a1-783784325458
State: Peer in Cluster (Connected)

根据规划创建卷 

========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

创建条带卷

创建复制卷

创建分布式条带卷

创建分布式复制卷

查看创建的卷种类

客户端

客户端测试

创建文件数据

查看挂载的数据

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

[root@promote test]# ll /test/dis/
总用量 163840
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:50 demo1.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:50 demo2.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:50 demo3.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:50 demo4.log

条带卷

[root@ test]# cd /test/stripe/		#无法访问，条带卷不具备冗余性
[root@promote stripe]# ll
总用量 0

分布式条带卷

[root@promote test]# ll /test/dis_stripe/		#无法访问，分布条带卷不具备冗余性
总用量 40960
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:51 demo5.log

分布式复制卷

[root@promote test]# ll /test/dis_rep/	#可以访问，分布式复制卷具备冗余性
总用量 204800
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo1.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo2.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo3.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo4.log
-rw-r--r-- 1 root root 41943040 12月 18 14:52 demo5.log

总结

复制卷(rep)、分布式复制卷(dis-rep) 具有冗余性；其余的没有

其它维护命令

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 192.168.80.100
 
7.仅允许
gluster volume set dis-rep auth.allow 192.168.80.*	  #设置192.168.80.0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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