一、GlusterFS

1.1 GlusterFS 简介

GlusterFS 是一个开源的分布式文件系统,主要由存储服务器(BrickServer)、客户端及 NFS/Samba 存储网关(可选, 根据需要选择使用)组成。GlusterFS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来管理数据。

与传统分布式相比的优点
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、目录结构等。这样的设计在浏览目录时效率非常高,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。

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。GlusterFS 支持 TCP/IP 和 InfiniBandRDMA 高速网络互联,客户端可通过原生 GlusterFS 协议访问数据,其他没有运行 GlusterFS 客户端 的终端可利用 NFS/CIFS 标准协议通过存储网关访问数据。

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。
(1)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。
(2)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。

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(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和目录的绝对路径构成,表示方法为 SERVER:EXPORT,如 192.168.126.10:/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 管理操作是在卷上进行的。
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。

1.4 模块化堆栈式架构

GlusterFS 采用模块化、堆栈式的架构,可以根据需求配置定制化的应用环境,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。
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GlusterFS 是模块化堆栈式的架构设计,模块称为 Translator,是 GlusterFS 提供的一种强大机制,借助这种良好定义的接口可以高效简便地扩展文件系统的功能

服务端与客户端的设计高度模块化的同时模块接口是兼容的,同一个 translator 可同时在客户端和服务器加载。
GlusterFS 中所有的功能都是通过 translator 实现的,其中客户端要比服务端更复杂,所以功能的重点主要集中在客户端上。

1.5 GlusterFS 的工作流程

1)客户端或应用程序通过GlusterFS的挂载点访问数据。
(2)linux系统内核通过VFS API收到请求并处理。
(3)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。可以将 FUSE 文件系统理解为一个代理。
(4)GlusterFS client 收到数据后,client根据配置文件的配置对数据进行处理。
(5)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上。

1.6 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以及访问瓶颈。

1.7 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 RAID 0,不具有容错能力。
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。
  • 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。

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 RAID0,文件被分成数据块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。

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

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。

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 server3:/dir3 server4:/dir4

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。

创建了一个名为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)
gluster volume create rep-volume replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2

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。

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

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(Distribute Stripe Replicavolume):

三种基本卷的复合卷,通常用于类 Map Reduce 应用。

二、部署 GlusterFS 集群

环境准备:

主机名 外网IP 内网IP 角色
web01 10.0.0.7 172.16.1.7 gfserver1
web02 10.0.0.8 172.16.1.8 gfserver2
web03 10.0.0.9 172.16.1.9 gfserver3
m01 10.0.0.61 172.16.1.61 gfs客户端

2.1、查询gfs可安装的版本

yum search centos-release-gluster

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2.2 安装指定gfs版本

3台服务器重复操作

下载所要安装版本的yum源

yum -y install centos-release-gluster9

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安装完后在/etc/yum.repos.d/目录中下载了CentOS-Gluster-9.repo文件
可以通过cat /etc/yum.repos.d/CentOS-Gluster-9.repo 查看yum文件相关信息

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2.3安装gfs-server服务

yum -y install glusterfs-server 

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2.4加入系统启动项及开启和查看gfs服务

systemctl enable glusterd --now
systemctl status glusterd

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2.4.1安装后检查服务状况

glusterfs -V

image-20230926194427928

2.4.2配置文件检查

md5sum /etc/glusterfs/glusterd.vol 

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2.5配置服务器dns

#把下面内容加入hosts文件中
cat >>/etc/hosts<< EOF
172.16.1.7 web01
172.16.1.8 web02
172.16.1.9 web03
EOF

2.6 配置信任池

在web01服务器上配置信任主机池,其他服务器不用操作,集群配置自动同步,注意不用加web01的节点,执行以下命令:

gluster peer probe web02
gluster peer probe web03

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分别在三台服务器上执行一下命令:

# 查询集群节点状态 
gluster peer status 

image-20230926201944801

image-20230926202001204

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至此,gfs集群服务算建立成功了

2.7 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 web01(/data/sdb1)、web02(/data/sdb1)
stripe-volum 条带卷 web01(/data/sdc1)、web02(/data/sdc1)
rep-volume 复制卷 web02(/data/sdb1)、web03(/data/sdb1)
dis-stripe 分布式条带卷 web01(/data/sdd1)、web02(/data/sdd1)、web03(/data/sdd1)
dis-rep 分布式复制卷 web01(/data/sde1)、web02(/data/sde1)、web03(/data/sdd1)

2.7.1.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 web01:/data/sdb1 web02:/data/sdb1 force

查看卷列表

gluster volume list

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

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2.7.2 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 stripe-volume replica 2 web01:/data/sdc1 web02:/data/sdc1 force
gluster volume start stripe-volume
gluster volume info stripe-volume

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查看所有卷:

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三、部署gfs客户端(m01操作)

安装须知:

注意:客户端安装 Gluster Native Client ,版本最好和服务端一致,没有具体查过如果不一致会出什么问题
说明 Gluster Native Client是基于FUSE的,所以需要保证客户端安装了FUSE。这个是官方推荐的客户端,支持高并发和高效的写性能。
客户端安装前, 确保客户机器能够访问 服务器的 TCP、UDP的24007~24008 端口、还要确保 49152 ~49156 端口可以访问

添加解析

cat >>/etc/hosts<< EOF
172.16.1.7 web01
172.16.1.8 web02
172.16.1.9 web03
EOF

将FUSE可加载内核模块(LKM)添加到Linux内核

modprobe fuse

验证是否已加载FUSE模块

dmesg | grep -i fuse

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#下载所要安装版本的yum源
yum -y install centos-release-gluster9
#安装客户端
yum -y install glusterfs-client
#查看版本
glusterfs -V
# 创建挂载目录
mkdir -p /test/{dis,stripe}
# 挂载/gv0
[root@m01 ~]# mount.glusterfs web01:dis-volume /test/dis
[root@m01 ~]# mount.glusterfs web01:stripe-volume /test/stripe
#挂载查看
[root@m01 ~]# df -Th

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上诉只是临时挂载,永久挂载:

vim /etc/fstab

web01:dis-volume        /text/dis               glusterfs       defaults,_netdev        0 0
web02:stripe-volume     /text/stripe            glusterfs       defaults,_netdev        0 0

3.1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

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cp /opt/demo* /test/dis
cp /opt/demo* /test/stripe/

2.查看文件分布

分布式:

[root@web01 ~]# ls -lh /data/sdb1/

image-20230926210847756

image-20230926211030999

复制卷:

[root@web01 ~]# ls -lh /data/sdc1/

image-20230926211109709

image-20230926211115978

四、破坏性测试

挂起 web02 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障

[root@web02 ~]# 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@m01 test]# ll dis/   #在客户上发现少了demo5.log文件,这个是在web02上的

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复制卷数据查看

[root@m01 test]# ll stripe/                     #在客户机上测试正常 数据有

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上述实验测试,凡是带复制数据,相比而言,数据比较安全

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 192.168.80.126
  • 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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