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4、分布式条带卷(Distribute Stripe volume)
5、分布式复制卷(Distribute Replica volume)
7、分布式条带复制卷(Distribute Stripe Replicavolume)
一、GlusterFS概述
GlusterFS 是一个开源的分布式文件系统,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。
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。而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支持借助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。
二、GlusterFS特点
1、 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。
2、高可用性
(1)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。
(2)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。
3、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虛拟存储池,供前端主机访问这些节点完成数据读写操作。
4、弹性卷管理
(1)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。
(2)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。
(3)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。
5、基于标准协议
(1)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。
(2)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、GlusterFS术语
(1)Brick(块存储服务器):实际存储用户数据的服务器。
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 192.168.80.10:/data/mydir/。
(2)Volume(逻辑卷):本地文件系统的"分区"
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。
(3)FUSE用户空间的文件系统(类别EXT4):伪文件系统
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。
(4)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服务器。
(5)Glusterd(后台管理进程)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。
四、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。
五、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,并向系统注册一个实际的文件系统 FUSE,
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 收到数据后,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,并且将数据写入到服务器存储设备上。
六、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。
七、GFS支持的七种卷
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。
1、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RAID0,不具有容错能力。
在该模式下,并没有对文件进行分块处理,文件直接存储在某个Server节点上。由于直接使用本地文件系统进行文件存储,所以存取效率并没有提高,反而会因为网络通信的原因而有所降低。
分布式卷特点:
- 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。
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。
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。
3、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。
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,但复制数必须等于卷中Brick所包含的存储服务器数。
- 至少由两个块服务器或更多服务器。
- 具备冗余性。
4、分布式条带卷(Distribute Stripe volume)
BrickServer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)
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)
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)
6、条带复制卷(Stripe Replca volume)
类似RAID10,同时具有条带卷和复制卷的特点。
7、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。
八、部署 GlusterFS 群集(服务端)
四台虚拟机需提前关闭防火墙!
1、 准备四个gfs结点,并且每个节点上添加四个硬盘
2、在每个结点查看硬盘
3、写执行磁盘分区脚本并赋予权限执行(四个节点同步进行)
4、配置/etc/hosts文件(同步四个节点上)
5、将gfsrepo 软件上传到/opt目录下
6、编写脚本,并同步在四个节点上执行
7、安装gfs依赖包
8、开启gfs服务并设置开机自启动(同步操作)
9、添加节点到存储信任池中(在 node1 节点上操作)
10、在每个Node节点上查看群集状态
11、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 fenbushi node1:/data/sdb1 node2:/data/sdb1 force
#查看卷列表
gluster volume list
#启动新建分布式卷
gluster volume start fenbushi
#查看创建分布式卷信息
gluster volume info fenbushi
12、创建条带卷
#指定类型为 stripe,数值为 2,且后面跟了 2 个 Brick Server,所以创建的是条带卷
gluster volume create tiaodai stripe 2 node1:/data/sdc1 node2:/data/sdc1 force
gluster volume start tiaodai
gluster volume info tiaodai
13、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 fuzhi replica 2 node3:/data/sdb1 node4:/data/sdb1 force
gluster volume start fuzhi
gluster volume info fuzhi
14、创建分布式条带卷
#指定类型为 stripe,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条带卷
gluster volume create fbs-td stripe 2 node1:/data/sdd1 node2:/data/sdd1 node3:/data/sdd1 node4:/data/sdd1 force
gluster volume start fbs-td
gluster volume info fbd-td
15、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 fbs-fz replica 2 node1:/data/sde1 node2:/data/sde1 node3:/data/sde1 node4:/data/sde1 force
gluster volume start fbs-fz
gluster volume info fbs-fz
16、查看当前所有卷的列表
gluster volume list
九、部署GlusterFS群集(客户端)
1、安装客户端软件
2、创建挂载目录
mkdir -p /test/{fenbushi,tiaodai,fbs-td,fuzhi,fbs-fz}
3、配置/etc/hosts文件
4、临时挂载Gluster文件系统(以此类推挂载完五个)
十、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
[root@localhost opt]# cp /opt/demo* /test/fenbushi/
[root@localhost opt]# cp /opt/demo* /test/tiaodai/
[root@localhost opt]# cp /opt/demo* /test/fuzhi/
[root@localhost opt]# cp /opt/demo* /test/fbs-td/
[root@localhost opt]# cp /opt/demo* /test/fbs-fz/
2、查看文件分布,node节点上操作
(1)查看分布式文件分布
[root@node1 ~]# ls -lh /data/sdb1 #数据没有被分片
[root@node2 ~]# ls -lh /data/sdb1
(2)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
[root@node2 ~]# ls -lh /data/sdc1 #数据被分片50% 没副本 没冗余
(3)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
[root@node4 ~]# ll -h /data/sdb1 #数据没有被分片 有副本 有冗余
(4)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
[root@node2 ~]# ll -h /data/sdd1
[root@node3 ~]# ll -h /data/sdd1
[root@node4 ~]# ll -h /data/sdd1
(5)查看分布式复制卷分布
[root@node1 ~]# ll -h /data/sde1 #数据没有被分片 有副本 有冗余
[root@node2 ~]# ll -h /data/sde1
[root@node3 ~]# ll -h /data/sde1
[root@node4 ~]# ll -h /data/sde1
3、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
[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
至此实验成功!
总结
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)