一、GlusterFS概述

• GlusterFS是一个开源的分布式文件系统
• 由服务器、客户端以及NFS/Samba 存储网关 存储（可选，根据需要选择使用）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

1、文件系统组成

• 文件系统接口（API）
• 对对象管理的软件集合
• 对象及属性

2、文件系统的作用

• 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备份
• 负责文件存储并对存入的文件进行保护和检索的系统
• 具体地说，它负责为用户建立文件、存入、读出、修改、转储文件、控制文件的存储

3、专业术语

• Brick（块存储服务器）实际存储用户数据的服务器
• Volume （逻辑卷）：一个逻辑卷就是一组Brick的集合，本地文件系统的"分区"
• FUSE （一个内核模块）： 用户空间的文件系统（类别EXT4），”这是一个伪文件系统“ ，用户端的交换模块
• VFS（虚拟端口）内核态的虚拟文件系统，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端的存储
• 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

4、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
通过两者的组合可实现RAID10和RAID01，同时获得更高的性及可靠的RAID0
缺少一点

5、服务器详解

• Application ：客户端或应用程序通过GlusterFSync的挂载点访问数据
• VFS ：linux系统内核通过VFS的API 收到请求并处理
• FUSE ：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
• GlusterFS Client ：通过网络将数据传递至远端的GlusterFS Server， 并且写入到服务器存储设备上

二、GFS特点

• 扩展性和高性能 (分布式)：可扩展性，扩展节点，通过多节点提高性能
• 高可用性 （容灾能力） ： 不存在单点故障，有备份机制，类似Raid的容灾机制
• 全局统一命名空间 ：类比 API 的性质/概念，系统里根据他命名所定义的隔离区域，是一个独立空间；统一的名称空间，与客户端交互，把请求存放至后端的块数据服务器
• 弹性卷管理 ：方便扩容及对后端存储集群的管理与维护，较为复杂
• 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（可移植操作系统接口）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。

三、GFS工作原理

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“这是一个伪文件系”通过 VFS API 虚拟接口收到请求并处理；
③ VFS 将数据递交给 FUSE 内核文件系统，这是一个伪文件系统 ，这个伪文件系统主要用来转存，它提供一个虚拟接口，映射出来/dev/fuse这样一个虚拟路径，而 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 会实时监听/dev/fuse下的数据 ，一旦数据更新，会把数据拿过来，client 根据配置文件的配置对数据进行处理
⑤ 经过 GlusterFS client 处理后，通过网络将数据传递至远端的 GlusterFS Server，server会先转存到本地的vfs虚拟文件系统中 ，然后再通过vfs转存到EXT3上。EXT3指的是各个block块中的EXT3文件系统中。

GFS-server 端功能模块的划分： ① 卷的类型（使用分布式、复制、条带) ② 存储管理(卷的创建、启用、关闭) ③
I/O调用(存储后，读取数据，如何读取) ④ 与GFS-client 端对接

GFS-client 端 ① 用户通过用户态模式下，存储数据(写入数据) ②
写入的数据，使用GFS挂载的形式完成（网络挂载samba/NFS)
③数据的写入会由GFS-client转存到GFS-server端(对应的卷中)

四、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为的整数范围的hash值，假设逻辑卷中有N哥存储单位Brick，则32为的整数范围将被划分为N哥连续的子空间，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为整数空间定位数据所在的Brick。
弹性HASH算法的优点
缺少一点

五、GlusterFS卷

5.1 GlusterFS卷类型

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
分布式条带数据卷

5.2 三大基本卷的特点

1 、分布式卷（Distribute volume）

①原理

File1 和 File2 存放在 Server1，而 File3 存放在 Server2，文件都是随机存储，一个文件（如 File1）要么在 Server1 上，要么在 Server2 上，不能分块同时存放在 Server1和 Server2 上

② 特点

• 没有对文件进行分块处理
• 通过扩展文件属性保存hash
• 支持的底层文件系统有EXT3、EXT4、ZFX、XFS等
• 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

③创建分布式卷
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 server3:/dir3

2、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，但是不具备冗余性

①原理

File 被分割为 6 段，1、3、5 放在 Server1，2、4、6 放在 Server2

② 特点

• 类似RAID0，文件根据偏移量被分成数据块并以轮询的方式分布到多个
• 存储大文件时，性能尤为突出（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 创建条带卷

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中gluster volume create stripe-volume stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2

3、 复制卷（Replica volume）

将文件同步到多个 Brick 上，比如说我有五个文件，这5个文件是一个整体，放在服务器A上，复制卷会帮我们复制一份复制在服务器B上。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

①原理

File1 同时存在 Server1 和 Server2，File2 也是如此，相当于 Server2 中的文件是 Server1 中文件的副本

②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

③创建复制卷

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（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

①原理

File1 和 File2 通过分布式卷的功能分别定位到Server1和 Server2。在 Server1 中，File1 被分割成 4 段，其中 1、3 在 Server1 中的 exp1 目录中，2、4 在 Server1 中的 exp2 目录中。在 Server2 中，File2 也被分割成 4 段，其中 1、3 在 Server2 中的 exp3 目录中，2、4 在 Server2 中的 exp4 目录中

② 创建分布式条带卷

创建一个名为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）。Brick 的数量是 4（Server1:/dir1、Server2:/dir2、Server3:/dir3 和 Server4:/dir4），条带数为 2（stripe 2）gluster volume create dis-stripe stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4
创建卷时，存储服务器的数量如果等于条带或复制数，那么创建的是条带卷或者复制卷；如果存储服务器的数量是条带或复制数的 2 倍甚至更多，那么将创建的是分布式条带卷或分布式复制卷

5、分布式复制卷（Distribute Replica volume）

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

①原理

File1 和 File2 通过分布式卷的功能分别定位到 Server1 和 Server2。在存放 File1 时，File1 根据复制卷的特性，将存在两个相同的副本，分别是 Server1 中的exp1 目录和 Server2 中的 exp2 目录。在存放 File2 时，File2 根据复制卷的特性，也将存在两个相同的副本，分别是 Server3 中的 exp3 目录和 Server4 中的 exp4 目录

② 创建分布式复制卷

建一个名为dis-rep的分布式复制卷，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）。Brick 的数量是 4（Server1:/dir1、Server2:/dir2、Server3:/dir3 和 Server4:/dir4），复制数为 2（replica 2）gluster volume create dis-rep replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4

6、条带复制卷（Stripe Replica volume）和分布式条带复制卷（Distribute Stripe Replicavolume）

条带复制卷（Stripe Replica volume）类似 RAID 1 0，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