GlusterFS 分布式文件系统

发布于：2024-09-19 ⋅ 阅读:(14) ⋅ 点赞:(0)
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一、GlusterFS 概述

1.1 什么是GlusterFS 

GlusterFS 是一个开源的分布式文件系统，它可以将多个存储服务器结合在一起，创建一个大的存储池，供客户端使用。它不需要单独的元数据服务器，这样可以提高系统的性能和可靠性。由于没有单点故障，系统更加稳定。

1.2 GlusterFS 主要特点

  • 高扩展性和高性能：通过增加存储节点，容量和性能都可以轻松扩展。系统可以处理大量并发操作，支持高速网络如 10GbE 和 InfiniBand。
  • 高可用性：GlusterFS 可以自动复制文件，确保数据在硬件故障时依然可用。系统有自我修复功能，后台自动修复数据问题。
  • 全局统一命名空间：系统将所有存储节点的容量整合在一起，通过一个虚拟存储池对外提供服务。
  • 弹性卷管理：系统可以在线增加或减少存储容量，不会中断业务。根据需要调整性能，支持负载均衡。
  • 标准协议兼容：支持多种协议如 NFS、CIFS、HTTP、FTP、SMB 等，完全兼容 POSIX 标准，应用程序无需修改即可使用。

1.3 GlusterFS 工作流程

  • 客户端读取或写入数据：应用程序或用户通过 GlusterFS 的挂载点访问文件，像操作本地文件一样简单。
  • 系统接收请求：操作系统接收到这个文件操作请求，并开始处理。
  • FUSE 做中介：操作系统通过 FUSE 这个“中间人”把数据传给 GlusterFS 客户端。FUSE 相当于帮系统和 GlusterFS 之间搭了一座桥。
  • GlusterFS 客户端处理数据：客户端根据设置好的规则处理文件，比如决定如何把文件分成多个部分存储，或者如何备份数据。
  • 数据发送到服务器：处理完的数据通过网络传输到 GlusterFS 服务器，并保存到远程存储设备上。

1.4 Gluster 七种卷类型

分布式卷（Distribute Volume）

  • 特点：文件通过 HASH 算法分布到所有 Brick Server 上，扩展磁盘空间但不具备容错性（类似 RAID0）。
  • 应用：适合磁盘空间扩展，不适合需要数据冗余的场景。
  • 示例：gluster volume create dis-volume server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3

条带卷（Stripe Volume）

  • 特点：文件被分块轮询存储在多个服务器上，适合大文件处理，但不具备冗余性（类似 RAID0）。
  • 应用：适合大文件存储，但不适合需要数据冗余的场景。
  • 示例：gluster volume create stripe-volume stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2

复制卷（Replica Volume）

  • 特点：文件同时存在于多个服务器上，具备冗余性（类似 RAID1），读性能提升，但写性能较低。
  • 应用：适合需要数据冗余和高可用性的场景。
  • 示例：gluster volume create rep-volume replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2

分布式条带卷（Distribute Stripe Volume）

  • 特点：结合分布式卷和条带卷，适合大文件处理，要求 Brick Server 数量是条带数的倍数。
  • 应用：适合大文件处理的同时需要分布式存储。
  • 示例：gluster volume create dis-stripe stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4

分布式复制卷（Distribute Replica Volume）

  • 特点：结合分布式卷和复制卷，具备冗余性，要求 Brick Server 数量是副本数的倍数。
  • 应用：适合需要数据冗余和扩展性的场景。
  • 示例：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）

  • 特点：结合条带卷和复制卷，文件分块存储并具备冗余性。
  • 应用：适合需要大文件处理和冗余的场景。
  • 示例：条带与复制卷的结合，命令类似条带卷和复制卷的组合。

分布式条带复制卷（Distribute Stripe Replica Volume）

  • 特点：结合分布式卷、条带卷和复制卷，具备冗余性和扩展性。
  • 应用：适合大文件处理、扩展性和数据冗余场景。
  • 示例：与分布式条带和复制卷结合，命令类似于两者的组合。

1.4.1 弹性hash算法原理

哈希环： 想象一个钟表的圆形表盘，上面标记了从0到最大值的数字（比如0到2^32-1），形成一个圆环。

节点的映射： 每台服务器（节点）根据它的名字或IP地址生成一个哈希值，然后把这个哈希值放在表盘的某个位置上。这些位置就是服务器存放数据的“地址”。

数据的映射： 每个数据也会通过哈希函数生成一个哈希值，然后这个哈希值也映射到表盘上。顺时针方向第一个遇到的服务器负责存储这个数据。

节点增减时的数据迁移：

如果新增了一台服务器，它会从附近的服务器接管一部分数据，只需要搬动一小部分数据。

如果有服务器退出，剩下的服务器会接管它的那部分数据，数据迁移量很小

二、 部署Gluster 群集

Node1节点：node1/192.168.10.13          磁盘：/dev/sdb1            挂载点：/data/sdb1
                                                                             /dev/sdc1                          /data/sdc1
                                                                             /dev/sdd1                          /data/sdd1
                                                                             /dev/sde1                          /data/sde1

Node2节点：node2/192.168.10.14          磁盘：/dev/sdb1            挂载点：/data/sdb1
                                                                            /dev/sdc1                           /data/sdc1
                                                                            /dev/sdd1                           /data/sdd1
                                                                            /dev/sde1                           /data/sde1

Node3节点：node3/192.168.10.15          磁盘：/dev/sdb1            挂载点：/data/sdb1
                                                                            /dev/sdc1                           /data/sdc1
                                                                            /dev/sdd1                           /data/sdd1
                                                                            /dev/sde1                           /data/sde1

Node4节点：node4/192.168.10.16          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：192.168.10.2 

-----------准备环境（所有node节点上操作）------------

①关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0

②磁盘分区，并挂载

（可编写脚本半自动化创建）
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
 

③修改主机名，配置/etc/hosts文件
#以Node1节点为例：
hostnamectl set-hostname node1

echo "192.168.10.13 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.14 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.15 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.16 node4" >> /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
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

（故障原因是版本过高导致）
yum remove glusterfs-api.x86_64 glusterfs-cli.x86_64 glusterfs.x86_64 glusterfs-libs.x86_64 glusterfs-client-xlators.x86_64 glusterfs-fuse.x86_64 -y

---------- 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
 

#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)

2.1 分布式卷

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

2.2 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

2.3 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

2.4 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

2.5 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

查看所有卷的列表

gluster volume list

-------- 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 "192.168.10.13 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.14 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.15 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.16 node4" >> /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

#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
 

--------- 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=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

ls -lh /opt

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/

②查看文件分布

分布式文件分布：

#查看分布式文件分布
[root@node1 ~]# ls -lh /data/sdb1					#数据没有被分片
总用量 160M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo4.log

[root@node2 ~]# ll -h /data/sdb1
总用量 40M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:50 demo5.log

条带卷文件分布：

#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
总用量 101M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo5.log

[root@node2 ~]# ll -h /data/sdc1					#数据被分片50% 没副本 没冗余
总用量 101M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo5.log

复制卷分布：

#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     
总用量 201M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo5.log

[root@node4 ~]# ll -h /data/sdb1					#数据没有被分片 有副本 有冗余
总用量 201M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo4.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:51 demo5.log

分布式条带卷分布：

#查看分布式条带卷分布
[root@node1 ~]# ll -h /data/sdd1					#数据被分片50% 没副本 没冗余
总用量 81M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo4.log

[root@node2 ~]# ll -h /data/sdd1
总用量 81M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo4.log

[root@node3 ~]# ll -h /data/sdd1
总用量 21M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo5.log

[root@node4 ~]# ll -h /data/sdd1
总用量 21M
-rw-r--r-- 2 root root 20M 12月 18 14:51 demo5.log

分布式复制卷分布：

#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
总用量 161M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo4.log

[root@node2 ~]# ll -h /data/sde1
总用量 161M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo1.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo2.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo3.log
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo4.log

[root@node3 ~]# ll -h /data/sde1
总用量 41M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo5.log
[root@node3 ~]# 

[root@node4 ~]# ll -h /data/sde1
总用量 41M
-rw-r--r-- 2 root root 40M 12月 18 14:52 demo5.log

---------- 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：

#分布式卷数据查看
[root@localhost test]# ll /test/dis/		#在客户机上发现少了demo5.log文件，这个是在node2上的
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：

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

分布式条带卷：

#分布式条带卷
[root@localhost 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：

#分布式复制卷
[root@localhost 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

凡是带复制数据，相比而言，数据比较安全

-------扩展其他的维护命令-------

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 192.168.80.100

#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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