GFS分布式文件系统

GFS概述

1.GFS简介

GFS(GlusterFS)：是一个开源的分布式文件系统。

传统的分布式文件系统大多通过元服务器来存储元数据，元服务器保存存储节点的目录树信息、存储服务器、客户端、网络(NFS/samba组成网关，实现各个节点之间的通信)等。
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分布式文件系统现已取消了元服务器机制，数据横向扩展能力更强，可靠性更强，存储效率也更高。

2.GFS特点

1、扩展性更强，性能高。
2、高可用，可以自动对文件进行复制。多次复制，确保数据总是可以访问，哪怕硬件故障也能正常访问。
3、全局统一的命名空间，所有节点都在一个分支的管理之下，客户端访问分支节点即可。
4、弹性卷管理，类似LVM。不同硬盘上的不同分区，组成一个逻辑上的硬盘。
不同服务器上的不同硬盘分区，组成一个卷，可以动态地扩容。
5、基于标准协议，GFS存储服务支持，NFS、FTP、HTTP以及自身的GFS协议都可以支持，应用程序可以直接使用数据，不需要做任何修改。

3.GFS术语

1、Brick(存储块，是其存储单位)
存储服务器提供的用于物理存储的专用分区，GFS当中的基本存储单元，也是对外提供的存储目录。是由服务器和存储目录的绝对路径组成。
存储目录格式：server:dir
例：20.0.0.10:/opt/gfs        或者使用主机名：node1:/opt/gfs
2、Volume(逻辑卷)
一个逻辑卷就是一组Brick的集合。
类似于LVM中的逻辑卷。大部分Gluster管理操作是在卷上进行的。
3、FUSE
GFS的内核模块，允许用户创建自己的文件系统。
4、VFS
内核空间对用户提供的访问磁盘的接口，是虚拟端口。
5、Glusterd(后台管理进程)，服务端
服务端在每个存储节点上都要运行。

4.GFS的卷类型

1、分布式卷
GFS的默认卷类型。
文件通过HASH算法分布到所有Brick Server上，是GFS的默认卷；属于文件级的RAID0，不具有容错能力。
在分布式卷模式下，没有对文件进行分块，文件直接存储在某个Server的节点上，存取效率也没有提高，直接使用本地文件系统进行存储。

2、条带卷
类似RAID0。

3、复制卷(镜像化)
复制卷将文件的每个数据块复制到多个物理节点上，以提供冗余和容错能力。
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。
复制卷具备冗余性，即使一个节点损坏，也不影响数据的正常使用。但因为要保存副本，所以磁盘利用率较低。

4、分布式复制卷
分布式复制卷将文件的复制块分散在多个物理节点上，并在不同的节点之间进行复制。这种方式可以提高复制效率和容错能力。
两两复制，文件会在组内同步。不同的组之间数据未必同步。

部署GFS群集

实验架构：
node1：20.0.0.10
磁盘：
/dev/sdb1	/data/sdb1
/dev/sdc1	/data/sdc1
/dev/sdd1	/data/sdd1
 
node2：20.0.0.20
磁盘：
/dev/sdb1	/data/sdb1
/dev/sdc1	/data/sdc1
/dev/sdd1	/data/sdd1
 
node3：20.0.0.30
磁盘：
/dev/sdb1	/data/sdb1
/dev/sdc1	/data/sdc1
/dev/sdd1	/data/sdd1
 
node4：20.0.0.40
磁盘：
/dev/sdb1	/data/sdb1
/dev/sdc1	/data/sdc1
/dev/sdd1	/data/sdd1
 
客户端：20.0.0.61

准备环境

 1.关闭防火墙

systemctl stop firewalld
setenforce 0

 2.磁盘分区并挂载

#所有节点操作
虚拟机添加三个硬盘
alias scan='echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host0/scan;echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host1/scan;echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/host2/scan'
scan
lsblk
#查看磁盘添加情况
 
cd /opt
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 /opt/fdisk.sh
./fdisk.sh
lsblk
 
#若脚本挂载失败
mkfs.xfs /dev/sdn1
mount -a

3.修改主机名并做映射

#所有节点修改主机名
#以Node1节点为例：
hostnamectl set-hostname node1
su
 
#所有节点做映射
echo "20.0.0.10 node1" >> /etc/hosts
echo "20.0.0.20 node2" >> /etc/hosts
echo "20.0.0.30 node3" >> /etc/hosts
echo "20.0.0.40 node4" >> /etc/hosts

安装、启动GFS

#所有节点操作：
yum -y install centos-release-gluster
cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repo.bak
mv *.repo repo.bak
cd repo.bak/
mv CentOS-Gluster-9.repo ..
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

添加节点至存储信任池

#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
 
#删除节点
gluster peer detach noden
 
#在每个Node节点上查看群集状态
gluster peer status

创建卷

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
-------------------------------------------------------------------------------------------
gluster volume create: 这个部分表示创建一个新的 GlusterFS 卷。
 
dis-volume: 这是新卷的名称，你可以根据需要选择一个唯一的名称。
 
node1:/data/sdb1 node2:/data/sdb1: 这是卷的存储节点列表。在这个例子中，
卷将在两个节点 (node1 和 node2) 上创建，并使用这两个节点上的 /data/sdb1 目录作为卷的存储。
-------------------------------------------------------------------------------------------
#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

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 rep-volume replica 2 node2:/data/sdc1 node3:/data/sdc1 force
gluster volume start rep-volume
gluster volume info rep-volume
-------------------------------------------------------------------------------------------
replica 2: 这表示卷将使用两个副本。在 GlusterFS 中，副本表示数据将在多个节点之间复制，
以提高可靠性和容错性。在这个例子中，每个文件将在两个节点之间进行复制。
-------------------------------------------------------------------------------------------

3.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/sdd1 node2:/data/sdd1 node3:/data/sdd1 node4:/data/sdd1 force
gluster volume start dis-rep
gluster volume info dis-rep
-------------------------------------------------------------------------------------------
在 GlusterFS 中，指定 replica 2 意味着每个数据块将被复制到两个不同的节点。
在你的命令中，你指定了四个存储节点 node1, node2, node3, 和 node4。
这意味着 GlusterFS 会在这四个节点中的两两之间进行复制。
 
具体来说，对于一个有 replica 2 的卷，如果你有四个存储节点，
那么每个文件的两个副本将被分布在其中两个节点上。例如：
文件的第一个副本可能存储在 node1 和 node2。
文件的第二个副本可能存储在 node3 和 node4。
这样，每个存储节点都有一些数据的副本，实现了冗余和容错性。
 
请注意，replica 的数量应该小于或等于存储节点的数量。
在你的命令中，replica 2 是合理的，因为你有四个存储节点。
如果指定的 replica 数量大于存储节点的数量，GlusterFS 将无法创建卷。
-------------------------------------------------------------------------------------------
#查看当前所有卷的列表
gluster volume list

部署GFS客户端

1.安装客户端软件

#所有节点操作：
yum -y install centos-release-gluster
cd /etc/yum.repos.d/
mkdir repo.bak
mv *.repo repo.bak
cd repo.bak/
mv CentOS-Gluster-9.repo ..
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.创建挂载目录

mkdir -p /test/{dis,rep,dis_rep}
ls /test

3.映射节点

echo "20.0.0.10 node1" >> /etc/hosts
echo "20.0.0.20 node2" >> /etc/hosts
echo "20.0.0.30 node3" >> /etc/hosts
echo "20.0.0.40 node4" >> /etc/hosts	

4.挂载GFS文件系统

#临时挂载
 
mount.glusterfs node1:dis-volume /test/dis
#挂载分布式卷
 
mount.glusterfs node1:rep-volume /test/rep
#挂载复制卷
 
mount.glusterfs node1:dis-rep /test/dis_rep
#挂载分布式复制卷
 
df -h
 
#永久挂载
 
vim /etc/fstab
node1:dis-volume		/test/dis           	glusterfs		defaults,_netdev		0 0
node1:rep-volume		/test/rep		        glusterfs		defaults,_netdev		0 0
node1:dis-rep			/test/dis_rep		    glusterfs		defaults,_netdev		0 0

测试GFS文件系统

1.客户端向卷中写入文件

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
 
ll
 
cp /opt/demo* /test/dis
cp /opt/demo* /test/rep
cp /opt/demo* /test/dis_rep	

2.查看文件分布

查看分布式卷文件分布

[root@node1 ~]# ls -lh /data/sdb1
 
[root@node2 ~]# ll -h /data/sdb1

查看复制卷分布

[root@node2 ~]# ll -h /data/sdc1
 
[root@node3 ~]# ll -h /data/sdc1

查看分布式复制卷分布

[root@node1 ~]# ll -h /data/sdd1
 
[root@node2 ~]# ll -h /data/sdd1
 
[root@node3 ~]# ll -h /data/sdd1
 
[root@node4 ~]# ll -h /data/sdd1

分布式复制卷破坏性测试

1.破坏相同组的两个节点(node3、node4)

只关闭节点服务

#node3、node4关闭服务
[root@node3 sdd1]# systemctl stop glusterd
[root@node4 sdd1]# systemctl stop glusterd
 
#客户端写入：
[root@nginx1 dis_rep]# touch {1..5}.txt

只挂起节点虚拟机服务

#重启node3、node4服务
[root@node3 sdd1]# systemctl restart glusterd
[root@node4 sdd1]# systemctl restart glusterd
 
#挂起node3、node4虚拟机

#客户端删除原数据并写入
[root@nginx1 dis_rep]# rm -rf *
[root@nginx1 dis_rep]# touch {1..5}.txt
touch: cannot touch ‘1.txt’: Transport endpoint is not connected
touch: cannot touch ‘2.txt’: Transport endpoint is not connected
touch: cannot touch ‘3.txt’: Transport endpoint is not connected
touch: cannot touch ‘5.txt’: Transport endpoint is not connected

#重新开启node3、node4的虚拟机

2.破坏不同组的两个节点(node2、node3)

只关闭节点服务

#node3、node4关闭服务
[root@node2 sdd1]# systemctl stop glusterd
[root@node3 sdd1]# systemctl stop glusterd
 
#客户端删除原数据并写入：
[root@nginx1 dis_rep]# touch {1..5}.txt

只挂起节点虚拟机服务

#重启node2、node3服务
[root@node3 sdd1]# systemctl restart glusterd
[root@node4 sdd1]# systemctl restart glusterd
 
#挂起node2、node3虚拟机

#客户端删除原数据并写入
[root@nginx1 dis_rep]# rm -rf *
[root@nginx1 dis_rep]# touch {1..5}.txt

#重新开启node2、node3的虚拟机