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目录

一、GlusterFS简介

二、GlusterFS特点

1、扩展性和高性能

2、高可用性

3、全局统一命名空间

4、弹性卷管理

5、基于标准协议

三、GlusterFS术语

1、Brick（块存储服务器）

2、Volume（逻辑卷）

3、FUSH用户空间的文件系统（类别EXT4）

4、VFS（虚拟端口）

5、Glusterd(服务)

四、GlusterFS构成

五、GFS的工作原理以及工作流程

1、GFS的工作原理

2、GFS的工作流程

六、弹性HASH算法

1、概述：

2、弹性HASH算法的优点：

七、GlusterFS的卷的类型

1、分布式卷

1.1 概述

1.2 分布式卷具有如下特点：

2、条带卷

2.1 概述：

2.2 条带卷的特点：

3、复制卷

3.1 概述：

3.2 特点：

4、分布式条带卷

4.1 概述：

5、分布式复制卷

5.1 概述：

6、条带复制卷

7、分布式条带复制卷

八、GFS部署

1、环境部署：

2、更改节点名称

3、节点进行磁盘挂载，安装本地源

4、创建不同的卷的类型

①创建分布式卷

②创建条带卷

③创建复制卷

④创建分布式条带卷

⑤创建分布式复制卷

5、客户端部署GlusterFS

6、验证卷的正常功能

7、破坏性测试

九、总结

1、各个卷的特点

2、一般的故障问题

3、扩展其他的维护命令：

①查看GFS卷：

②查看所有卷的信息：

③查看所有卷的状态：

④停止一个卷：

⑤删除卷（删除时需要先把卷停止，且信任池中不能有主机处于宕机状态否则删除不成功）

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一、GlusterFS简介

①GlusterFS是一个开源的分布式文件系统。

②由存储服务器、客户端以及NFS/Samba存储网关（可选，根据需要选择使用）组成。

③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。

④GlusterFS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。

⑤GlusterFS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。

1.1 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。

1.2 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

2.1 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。

2.2GlusterFS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。

4、弹性卷管理

4.1 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。

4.2 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。

4.3 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

5.1 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。

5.2 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

2、Volume（逻辑卷）

本地文件系统的“分区”

3、FUSH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

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

5、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

使用GFS会使用到以上的虚拟文件系统

四、GlusterFS构成

模块化堆栈式架构

①模块化、堆栈式架构

②通过对模块的组合，实现复杂的功能

1、API：应用程序编程接口

2、模块化：每个模块可以提供不同的功能

3、堆栈式：同时启用多个模块，多个功能可以组合，实现复杂的功能

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①I/O cache：I/O缓存

②read ahead：内核文件预读

③distribute/stripe：分布式、条带化

④Gige：千兆网/千兆接口

⑤TCP/IP：网络协议

⑥InfiniBand：网络协议，与TCP/IP相比，TCP/IP具有转发丢失数据包的特性，基于此通信协议可能导致通信变慢，而IB使用基于信任的、流控制的机制来保证连接完整

⑦RDMA：负责数据传输，有一种数据传输协议，功能：为了解决传输过程中客户端与服务器端数据处理的延迟

上图上半部分是客户端、中间为网络层、下端为服务端

①封装多个功能模块，组成堆栈式的结构，来实现复杂的功能

②然后以请求的方式与客户端进行交互，客户端与服务端进行交互，由于可能会存在系统兼容问题，需要通过posix来解决系统兼容性问题，让客户端的命令通过posix过滤后可以在服务端执行

五、GFS的工作原理以及工作流程

1、GFS的工作原理

1.外来一个请求，例：用户端申请创建一个文件，客户端或应用程序通过GFS的挂载点访问数据
2.linux系统内容通过VFSAPI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
4.GlusterFS client端收到数据后，会根据配置文件的配置对数据进行处理
5.再通过网络，将数据发送给远端的ClusterFS server，并将数据写入到服务器储存设备上
6.server再将数据转交给VFS伪文件系统，再由VFS进行转存处理，最后交给EXT3

2、GFS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

1、概述：

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。

2、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、GlusterFS的卷的类型

1、分布式卷

1.1 概述

①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。

②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。

③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。

1.2 分布式卷具有如下特点：

①文件分布在不同的服务器，不具备冗余性

②更容易和廉价的扩展卷的大小

③单点故障会造成数据丢失

④依赖底层的数据保护

2、条带卷

2.1 概述：

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。

2.2 条带卷的特点：

①数据被分割成更小块分布到块服务器群中的不同条带区

②分布减少了负载且更小的文件加速了存取的速度

③没有数据冗余，类似于raid0

3、复制卷

3.1 概述：

• 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。

3.2 特点：

①卷中所有的服务器均保存一个完整的副本

②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

③至少由两个块服务器或更多服务器

④具备冗余性

4、分布式条带卷

4.1 概述：

①BrickServer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。

②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。

③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)

④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

5.1 概述：

①Brick 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。

②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

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

三种基本卷的复合卷，通常用于类似于Map Reduce应用。

八、GFS部署

1、环境部署：

客户端：192.168.170.111

node1：192.168.170.113

node2：192.168.170.114

node3：192.168.170.115

node4：192.168.170.116

Node1节点192.168.170.113 磁盘： /dev/sdb1 挂载点： /data/sdb1 /dev/sdc1 /data/sdc1 /dev/sdd1 /data/sdd1 /dev/sde1 /data/sde1 Node2节点192.168.170.114 磁盘： /dev/sdb1 挂载点： /data/sdb1 /dev/sdc1 /data/sdc1 /dev/sdd1 /data/sdd1 /dev/sde1 /data/sde1 Node3节点192.168.170.115 磁盘： /dev/sdb1 挂载点： /data/sdb1 /dev/sdc1 /data/sdc1 /dev/sdd1 /data/sdd1 /dev/sde1 /data/sde1 Node4节点192.168.170.116 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：192.168.170.111=====

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这里，每台节点添加四块磁盘，仅用于做实验，无需太大

2、更改节点名称

这里更改节点名称便于操作与管理

讯享网[root@localhost ~] # hostnamectl set-hostname node1 [root@localhost ~] # bash

3、节点进行磁盘挂载，安装本地源

所有节点同时操作

所有机器执行： systemctl stop firewalld setenforce 0 #关闭防火墙和selinux node1-node4执行 vim /opt/fdisk.sh #编写脚本分区格式化挂载4个磁盘，内容如下 #!/bin/bash NEWDEV=`ls /dev/sd* | grep -o 'sd[b-z]' | uniq` #定义变量调用命令执行结果，命令意思为显示/dev下的所有sd开头的文件过滤sdb-sdz去重显示 for VAR in $NEWDEV #for循环如果VAR在变量NEWDEV里面则执行 do echo -e "n\np\n\n\n\nw\n" | fdisk /dev/$VAR &> /dev/null #自动分区，输入回车然然后n添加硬盘p选择主分区然后回车w到保存回车传给分区命令，过程传给垃圾桶不显示 mkfs.xfs /dev/${VAR}"1" &> /dev/null #格式化新建的分区 mkdir -p /data/${VAR}"1" &> /dev/null #在/data/下创建以变量var1命名的文件夹，过程传给垃圾桶不显示 echo "/dev/${VAR}"1" /data/${VAR}"1" xfs defaults 0 0" >> /etc/fstab #挂载磁盘写入/etc/fstab中 done mount -a &> /dev/null #循环执行完毕检查加载/etc/fstab文件 chmod +x /opt/fdisk.sh #给脚本添加执行权限 /opt/fdisk.sh #绝对路径执行脚本

讯享网#根据规定的实验环境修改主机名，配置/etc/hosts文件 #以Node1节点为例： hostnamectl set-hostname node1 echo "192.168.30.12 node1" >> /etc/hosts echo "192.168.30.13 node2" >> /etc/hosts echo "192.168.30.14 node3" >> /etc/hosts echo "192.168.30.15 node4" >> /etc/hosts

4、创建不同的卷的类型

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 #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创建条带卷

讯享网#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 stripe-volume stripe 2 node1:/data/sdc1 node2:/data/sdc1 force gluster volume start stripe-volume gluster volume info stripe-volume

③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 node3:/data/sdb1 node4:/data/sdb1 force gluster volume start rep-volume gluster volume info rep-volume

④创建分布式条带卷

讯享网#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 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

⑤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/sde1 node2:/data/sde1 node3:/data/sde1 node4:/data/sde1 force gluster volume start dis-rep gluster volume info dis-rep #查看当前所有卷的列表 gluster volume list

5、客户端部署GlusterFS

讯享网客户端执行： #将gfsrepo 软件上传到/opt目录下解压，本博客资源中有gfsrepo.zip包 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 #创建本地glfs的yum源并使用 yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma #yum 安装Gluster #此处若出现依赖关系错误问题则执行一下命令，原因是系统中存在的版本过高需要卸载 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 #创建挂载目录 mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_stripe,dis_rep} ls /test #配置/etc/hosts文件 echo "192.168.170.113 node1" >> /etc/hosts echo "192.168.170.114 node2" >> /etc/hosts echo "192.168.170.115 node3" >> /etc/hosts echo "192.168.170.116 node4" >> /etc/hosts #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 #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

这里安装的时候使用unzip解压缩安装

6、验证卷的正常功能

客户端操作： #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 #产生五个40M的文件在/opt目录下 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/ #将产生在/opt目录下的5个40m文件放入五个卷的挂载点中 ①验证分布式卷 node1-node2上查看/data/sdb1中是否是每台机器上有demo1-5的一部分且都是40M完整的文件 ll -h /data/sdb1 ②验证条带卷 node1-node2上查看/data/sdc1中是否每台机器上都有demo1-5文件且都为20M ll -h /data/sdc1 ③验证复制卷 node3-node4上查看/data/sdb1中是否每台机器上都有demo1-5文件且都为40M ll -h /data/sdb1 ④验证分布式条带卷分布 node1-node4上查看/data/sdd1中是否每台机器上都有demo1-5文件且都为20M ll -h /data/sdd1 ⑤验证分布式复制卷分布 node1-node4上查看/data/sde1中是否每台机器上都有demo1-5的一部分且都是40M完整的文件 ll -h /data/sde1

7、破坏性测试

讯享网#关闭node2机器验证五个卷，验证时会卡1分钟左右需要等待同步 node2节点的/dev/sdb1磁盘影响分布式卷，客户端dis-volume会缺少一部分文件 node2节点的/dev/sdc1磁盘影响条带卷，客户端stripe-volume中文件为空 node2节点不影响rep-volume卷(node3-node4影响，各有一份完整的数据) node2节点的/dev/sdd1磁盘影响分布式条带卷，客户端dis-stripe会只剩下一部分文件且无法访问 node2节点的/dev/sdr1磁盘影响分布式复制卷，但是由于有复制，所以客户端中的文件完整且都可以访问 #关闭node2、node4机器验证五个卷，验证时会卡1分钟左右需要等待同步 node2节点的/dev/sdb1磁盘影响分布式卷，客户端dis-volume会缺少一部分文件 node2节点的/dev/sdc1磁盘影响条带卷，客户端stripe-volume中文件为空 node2和node4节点的/dev/sdd1磁盘影响分布式条带卷，客户端中dis-stripe文件中无文件可以访问 node2和node4节点的/dev/sde1磁盘影响分布式复制卷，但是由于有复制，所以客户端中的文件完整且都可以访问 

九、总结

1、各个卷的特点

①分布式卷 以文件为单位通过hash散列 在各个 brick 中，不具备冗余能力

②条带卷 把文件数据进行分块 轮询的分布在各个brick中，不具备冗余能力

③复制卷 把文件进行brick中做 镜像存储，具备冗余能力

④分布式条带卷，不具备冗余能力，至少4台(个)brick，brick数量 >=2 是条带的2倍

⑤分布式复制卷 具备冗余能力至少4台(个)brick，brick数量 >=2  是副本数的2倍

2、一般的故障问题

①主机映射

②数据不同步 内ntp 外ntpdate ntp1 .aliyun.com

③防火墙以及增强功能未关闭

④/etc/hosts没有同时配置

3、扩展其他的维护命令：

①查看GFS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 +卷名字

⑤删除卷（删除时需要先把卷停止，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