一、GFS简介

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（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。

MFS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、GFS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

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。

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

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。

5. 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。

6. 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。

三、GFS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）本地文件系统的"分区"
FUSE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。

四、GFS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。

五、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。

六、GFS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。

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。

（1）示例原理

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）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。

（3）应用示例

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）示例原理：

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

（2）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）应用实例

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，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。

（1）示例原理

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）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。

（3）应用示例

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）示例原理

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）应用实例

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）

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）示例原理

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）应用示例

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）

gluster volume create dis-rep replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4

了解以上五个

6. 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。

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。

六、部署 GFS 群集

1. 环境

节点	主机IP	磁盘	挂载点
Node1节点	node1/192.168.23.5	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1
Node2节点	node2/192.168.23.10	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1
Node3节点	node3/192.168.23.15	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1
Node4节点	node4/192.168.23.20	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1	/dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1
客户端节点	client/192.168.23.25

2. 准备环境

Node{1..4}节点都要配置

（1）关闭防火墙

systemctl stop firewalld
setenforce 0

（2）磁盘分区并挂载

vim /opt/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
cd /opt/
./fdisk.sh

（3）修改主机名配置/etc/hosts文件

hostnamectl set-hostname node1
su

echo "192.168.23.5 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.23.10 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.23.15 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.23.20 node4" >> /etc/hosts

3. 安装、启动GlusterFS（所有node节点上操作）

（1）下载gfsrepo镜像源

将gfsrepo 软件上传到/opt目录下

# Node1节点
ls /opt
fdisk.sh  gfsrepo.zip  rh

scp gfsrepo.zip 192.168.23.10:/opt
scp gfsrepo.zip 192.168.23.15:/opt
scp gfsrepo.zip 192.168.23.20:/opt

# 所有Node节点
cd /opt
unzip gfsrepo.zip

（2）配置gfsrepo本地yum源

# 所有Node节点
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

（3）安装GlusterFS

# 如采用官方 YUM 源安装，可以直接指向互联网仓库
# yum -y install centos-release-gluster			

yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma

systemctl start glusterd.service 
systemctl enable glusterd.service
systemctl status glusterd.service

4. 添加节点到存储信任池

当我们将多个节点组成一个GlusterFS存储集群时，每个节点都需要互相认可并信任对方。这是为了确保数据的一致性和可靠性。只有在信任池中添加了所有的存储节点，集群中的每个节点才能相互知道彼此的存在并进行数据同步和复制操作。

通过配置存储信任池，GlusterFS可以确保数据在存储集群中的正确传输。这样，在节点之间进行数据复制、故障转移和负载均衡等操作时，系统可以根据存储信任池的配置信息完成任务，并保持整个集群的稳定性和可靠性。

# 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

# 在每个Node节点上查看群集状态
gluster peer status

5. 创建卷

根据规划创建如下卷

卷名称	卷类型	Birck
dis-volume	分布式卷	node1（/data/sdb1） node2（/data/sdb1）
stripe-volume	条带卷	node1（/data/sdc1） node2（/data/sdc1）
rep-volume	复制卷	node3（/data/sdb1） node4（/data/sdb1）
dis-stripe	分布式条带卷	node1（/data/sdd1） node2（/data/sdd1） node3（/data/sdd1） node4（/data/sdd1）
dis-rep	分布式复制卷	node1（/data/sde1） node2（/data/sde1） node3（/data/sde1） node4（/data/sde1）

6. 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

force 是强制，如果不加force，当出现可能的风险时，命令不执行

# 创建分布式卷
gluster volume create dis-volume node1:/data/sdb1 node2:/data/sdb1 force

# 查看卷列表
gluster volume list

# 启动刚刚创建的分布式卷
gluster volume start dis-volume

# 查看刚刚创建的分布式卷信息
gluster volume info dis-volume

[root@node1 ~]# gluster volume create dis-volume node1:/data/sdb1 n
volume create: dis-volume: success: please start the volume to acce
[root@node1 ~]# gluster volume list
dis-volume
[root@node1 ~]# gluster volume start dis-volume 
volume start: dis-volume: success
[root@node1 ~]# gluster volume info dis-volume 
 
Volume Name: dis-volume
Type: Distribute
Volume ID: a28867e8-ade1-4da4-af33-b52f9a2f7b79
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/data/sdb1
Brick2: node2:/data/sdb1
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on


卷名称：dis-volume
类型：Distribute（分布式）
卷ID：a28867e8-ade1-4da4-af33-b52f9a2f7b79
状态：已启动
快照计数：0
砖块数量：2
传输类型：tcp
砖块信息：
砖块1：node1:/data/sdb1
砖块2：node2:/data/sdb1
重新配置的选项：
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

上述信息提供了有关名为"dis-volume"的卷的详细信息。该卷的类型是分布式（Distribute），由两个砖块组成，分别位于node1和node2上的目录/data/sdb1。卷的状态为已启动，并且当前没有任何快照。

此外，还列出了重新配置的选项，transport.address-family被配置为inet（IPv4），nfs.disable被配置为关闭（off），表示禁用了NFS（Network File System）功能。

7. 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

# 创建条带卷
gluster volume create stripe-volume stripe 2 node1:/data/sdc1 node2:/data/sdc1 force

# 查看卷列表
gluster volume list

# 启动条带卷
gluster volume start stripe-volume

# 查看条带卷
gluster volume info stripe-volume

8. 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

# 创建复制卷
gluster volume create rep-volume replica 2 node3:/data/sdb1 node4:/data/sdb1 force

# 查看卷列表
gluster volume list

# 启动复制卷
gluster volume start rep-volume

# 查看复制卷
gluster volume info rep-volume

9. 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

# 创建分布式条带卷
gluster volume create dis-stripe stripe 2 node1:/data/sdd1 node2:/data/sdd1 node3:/data/sdd1 node4:/data/sdd1 force

# 查看卷列表
gluster volume list

# 启动分布式条带卷
gluster volume start dis-stripe

# 查看分布式条带卷
gluster volume info dis-stripe

10. 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

# 创建分布式复制卷
gluster volume create dis-rep replica 2 node1:/data/sde1 node2:/data/sde1 node3:/data/sde1 node4:/data/sde1 force

# 查看卷列表
gluster volume list

# 开启分布式复制卷 
gluster volume start dis-rep

# 查看分布式复制卷
gluster volume info dis-rep

七、部署 Gluster 客户端

1. 安装客户端软件

（1）将gfsrepo 软件上传到/opt目下

ls /opt
gfsrepo.zip  rh

unzip gfsrepo.zip 
gfsrepo  gfsrepo.zip  rh

（2）配置gluster本地yum源

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

（3）安装 glusterfs

yum -y install glusterfs glusterfs-fuse

2. 创建挂载目录

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

3. 修改主机名配置/etc/hosts文件

hostnamectl set-hostname client
su

echo "192.168.23.5 node1" >> /etc/hosts
echo "192.168.23.10 node2" >> /etc/hosts
echo "192.168.23.15 node3" >> /etc/hosts
echo "192.168.23.20 node4" >> /etc/hosts

4. 挂载 gluster 卷

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 defaults,_netdev 0 0
node1:dis-rep /test/dis_rep defaults,_netdev 0 0

mount -a
df -h