理論部分

一：GlusterFS概述
1.1：Glusterfs簡介
   GlusterFS是Scale-Out存儲解決方案Gluster的核心，它是一個開源的分佈式文件系統，具有強大的橫向擴展能力，通過擴展能夠支持數PB存儲容量和處理數千客戶端。GlusterFS藉助TCP/IP或InfiniBandRDMA網絡將物理分佈的存儲資源聚集在一起，使用單一全局命名空間來管理數據。
1.2：Glusterfs特點
1：擴展性和高性能
     GlusterFS利用雙重特性來提供幾TB至數PB的高擴展存儲解決方案。Scale-Out架構允許通過簡單地增加資源來提高存儲容量和性能，磁盤、計算和I/O資源都可以獨立增加，支持10GbE和InfiniBand等高速網絡互聯。Gluster彈性哈希（ElasticHash）解除了GlusterFS對元數據服務器的需求，消除了單點故障和性能瓶頸，真正實現了並行化數據訪問。

2：高可用性
    GlusterFS可以對文件進行自動複製，如鏡像或多次複製，從而確保數據總是可以訪問，甚至是在硬件故障的情況下也能正常訪問。自我修復功能能夠把數據恢復到正確的狀態，而且修復是以增量的方式在後臺執行，幾乎不會產生性能負載。GlusterFS沒有設計自己的私有數據文件格式，而是採用操作系統中主流標準的磁盤文件系統（如EXT3、ZFS）來存儲文件，因此數據可以使用各種標準工具進行復制和訪問。

3：彈性卷管理
數據儲存在邏輯卷中，邏輯卷可以從虛擬化的物理存儲池進行獨立邏輯劃分而得到。存儲服務器可以在線進行增加和移除，不會導致應用中斷。邏輯卷可以在所有配置服務器中增長和縮減，可以在不同服務器遷移進行容量均衡，或者增加和移除系統，這些操作都可在線進行。文件系統配置更改也可以實時在線進行並應用，從而可以適應工作負載條件變化或在線性能調優。

4：全局統一命名空間
全局統一命名空間將所有的存儲資源聚集成一個單一的虛擬存儲池，對用戶和應用屏蔽了物理存儲信息。存儲可以根據生產環境中的需要進行彈性擴展或收縮，在多節點場景中，全局同意明明還可以給予不同節點做負載均衡，大大提高存取效率。
1.3：術語簡介
GlusterFS：是一個開源的分佈式文件系統。

Brick：GFS中的存儲單元，通過是一個受信存儲池中的服務器的一個導出目錄。可以通過主機名和目錄名來標識，如'SERVER:EXPORT'

Client：掛載了GFS卷的設備

FUSE：Filesystem Userspace是一個可加載的內核模塊，其支持非特權用戶創建自己的文件系統而不需要修改內核代碼。通過在用戶空間運行文件系統的代碼通過FUSE代碼與內核進行橋接。

Node：一個擁有若干brick的設備

Volume：一組bricks的邏輯集合

Metadata：元數據，關於數據的數據，用於描述文件、目錄等的信息。

VFS：內核空間對用戶空間提供的訪問磁盤的接口

二：GFS的工作原理
2.1：GFS的工作流程
（1）客戶端或應用程序通過GFS的掛載點訪問數據
（2）Linux系統內核通過VFS API收到請求並處理
（3）VFS將數據遞交給FUSE內核文件系統，並向系統註冊一個實際的文件系統FUSE，而FUSE文件系統則是將數據通過/dev。Fuse設備文件遞交給了GFS的client段。可以將FUSE文件系統理解爲一個代理。
（4）GFS client收到數據後，client根據配置文件對數據進行處理
（5）經過GFS client處理後，通過網絡將數據傳遞至遠端的GFS Server，並且將數據寫入服務器存儲設備。
2.2：彈性HASH算法
GlusterFS目前使用Davies-Meyer算法計算文件名hash值，獲得一個32位整數。Davies-Meyer算法具有非常好的hash分佈性，計算效率很高，假設邏輯卷中的存儲單元Brick有N個，則32位整數空間被平均劃分爲N個連續子空間，每個空間分別映射到一個存儲單元Brick，計算得到的32位hash值就會被投射到一個存儲單元Brick。

三：GlusterFS的卷類型
3.1：卷的類型
1：基本卷：
(1) distribute volume：分佈式卷
文件通過hash算法分佈到所有brick server上，這種卷是glusterfs的基礎和最大特點；實只是擴大的磁盤空間，如果有一個磁盤壞了，對應的數據也丟失，文件級RAID 0，不具有容錯能力。

(2) stripe volume：條帶卷
類似RAID0，文件分成數據塊以Round Robin方式分佈到brick server上，併發粒度是數據塊，支持超大文件，大文件性能高；

(3) replica volume：複製卷
文件同步複製到多個brick上，文件級RAID 1，具有容錯能力，寫性能下降，讀性能提升。

2：複合卷：
(4) distribute stripe volume：分佈式條帶卷
brickserver數量是條帶數的倍數，兼具distribute和stripe卷的特點；

(5) distribute replica volume：分佈式複製卷
brickserver數量是鏡像數的倍數，兼具distribute和replica卷的特點,可以在2個或多個節點之間複製數據。

(6) stripe replica volume：條帶複製卷
類似RAID 10
同時具有條帶卷和複製卷的特點

(7) distribute stripe replicavolume：分佈式條帶複製卷
三種基本卷的複合卷
通常用於類Map Reduce應用

實驗部分

一：GlusterFS部署
1.1：部署羣集環境
實驗top

1：準備環境（以node1爲例，其他節點步驟略，請自行配置）
（1）按照表中所示，爲node節點添加相應數量和大小的磁盤，並重啓系統
（2）爲所有節點的新磁盤分區
用fdisk命令爲每個磁盤分區，分區步驟略
[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdb
[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdc
[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdd
[root@localhost ~]# fdisk /dev/sde

（2）爲每個節點的每個磁盤格式化
[root@localhost ~]# mkfs -t ext4 /dev/sdb1
[root@localhost ~]# mkfs -t ext4 /dev/sdc1
[root@localhost ~]# mkfs -t ext4 /dev/sdd1
[root@localhost ~]# mkfs -t ext4 /dev/sde1

（3）創建掛載點
[root@localhost ~]# mkdir /b3
[root@localhost ~]# mkdir /c4
[root@localhost ~]# mkdir /d5
[root@localhost ~]# mkdir /e6

（4）掛載磁盤
[root@localhost ~]# mount /dev/sdb1 /b3
[root@localhost ~]# mount /dev/sdc1 /c4
[root@localhost ~]# mount /dev/sdd1 /d5
[root@localhost ~]# mount /dev/sde1 /e6

（5）修改fstab文件，使掛載永久生效
[root@localhost ~]# vi /etc/fstab
在末尾添加
/dev/sdb1 /b3 ext4 defaults 0 0
/dev/sdc1 /c4 ext4 defaults 0 0
/dev/sdd1 /d5 ext4 defaults 0 0
/dev/sde1 /e6 ext4 defaults 0 0

2：在所有節點上關閉防火牆和selinux
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# setenforce 0

3：在所有節點上修改hosts文件
[root@localhost ~]# vi /etc/hosts
192.168.8.134 node1
192.168.8.136 node2
192.168.8.139 node3
192.168.8.141 node4

4：在所有節點安裝軟件
（1）配置yum倉庫
將GFS所需的rpm倉庫的gfsrepo目錄拷貝到linux系統的/opt下，並修改倉庫文件
[root@localhost ~]# vi /etc/yum.repos.d/CentOS-Media.repo
[c7-media]
name=CentOS-$releasever - Media
baseurl=file:///media/cdrom/
gpgcheck=1
enabled=1
gpgkey=file:///etc/pki/rpm-gpg/RPM-GPG-KEY-CentOS-7

[gfsrepo]
name=GFS
baseurl=file:///opt/gfsrepo
gpgcheck=0
enabled=1
[root@localhost ~]# yum clean all

（2）在所有節點上安裝gfs
[root@localhost ~]# yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma

5：在所有節點上啓動GFS
[root@localhost ~]# systemctl start glusterd.service
[root@localhost ~]# systemctl enable glusterd.service

6：添加節點（只在node1節點上）
[root@localhost ~]# gluster peer probe node1
peer probe: success. Probe on localhost not needed
[root@localhost ~]# gluster peer probe node2
peer probe: success.
[root@localhost ~]# gluster peer probe node3
peer probe: success.
[root@localhost ~]# gluster peer probe node4
peer probe: success.

7：在每個節點上查看狀態
[root@localhost ~]# gluster peer status
Number of Peers: 3

Hostname: node2
Uuid: 469be571-b52a-4a89-a30a-c3a770753b0e
State: Peer in Cluster (Connected)

Hostname: node3
Uuid: 24742939-afc6-4243-a8a8-1aa57a336128
State: Peer in Cluster (Connected)

Hostname: node4
Uuid: dbc703a3-1e22-42cd-bedf-da3541bce983
State: Peer in Cluster (Connected)

1.2：創建卷
1：創建分佈式卷（在node1上）
[root@localhost ~]# gluster volume create dis-volume node1:/e6 node2:/e6 force
[root@localhost ~]# gluster volume info dis-volume

Volume Name: dis-volume
Type: Distribute
Volume ID: 40946bd8-cc79-406a-be3c-5c03dd2a207e
Status: Created
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/e6
Brick2: node2:/e6
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

[root@localhost ~]# gluster volume start dis-volume

2：創建條帶卷
[root@localhost ~]# gluster volume create stripe-volume stripe 2 node1:/d5 node2:/d5 force
[root@localhost ~]# gluster volume info stripe-volume

Volume Name: stripe-volume
Type: Stripe
Volume ID: d8e335d5-47d5-484f-804b-bb36ed522bf6
Status: Created
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 1 x 2 = 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/d5
Brick2: node2:/d5
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

[root@localhost ~]# gluster volume start stripe-volume

3：創建複製卷
[root@localhost ~]# gluster volume create rep-volume replica 2 node3:/d5 node4:/d5 force
[root@localhost ~]# gluster volume info rep-volume

Volume Name: rep-volume
Type: Replicate
Volume ID: b5d1afda-ab03-47a7-82b9-2786648a9b3a
Status: Created
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 1 x 2 = 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node3:/d5
Brick2: node4:/d5
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

[root@localhost ~]# gluster volume start rep-volume

4：創建分佈式條帶卷
[root@localhost ~]# gluster volume create dis-stripe stripe 2 node1:/b3 node2:/b3 node3:/b3 node4:/b3 force
[root@localhost ~]# gluster volume info dis-stripe

Volume Name: dis-stripe
Type: Distributed-Stripe
Volume ID: ff516167-7840-485a-8d3a-1630bd4d174d
Status: Created
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2 x 2 = 4
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/b3
Brick2: node2:/b3
Brick3: node3:/b3
Brick4: node4:/b3
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

[root@localhost ~]# gluster volume start dis-stripe

5：創建分佈式複製卷
[root@localhost ~]# gluster volume create dis-rep replica 2 node1:/c4 node2:/c4 node3:/c4 node4:/c4 force
[root@localhost ~]# gluster volume info dis-rep

Volume Name: dis-rep
Type: Distributed-Replicate
Volume ID: 197055f7-37d8-419f-bb22-9f05c7e1a032
Status: Created
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2 x 2 = 4
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/c4
Brick2: node2:/c4
Brick3: node3:/c4
Brick4: node4:/c4
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

[root@localhost ~]# gluster volume start dis-rep

1.3：部署GFS客戶端
1：安裝客戶端軟件
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# setenforce 0
[root@localhost ~]# systemctl disable firewalld
[root@localhost ~]# yum -y install glusterfs glusterfs-fuse

2：創建掛載目錄
[root@localhost ~]# mkdir -p /test/{dis,stripe,rep,dis_and_stripe,dis_adn_rep}
[root@localhost ~]# ls /test
dis dis_and_stripe dis_rep rep stripe

3：修改hosts文件
[root@localhost ~]# vi /etc/hosts
192.168.8.134 node1
192.168.8.136 node2
192.168.8.139 node3
192.168.8.141 node4

4：掛載Gluster文件系統
[root@localhost ~]# mount -t glusterfs node1:dis-volume /test/dis
[root@localhost ~]# mount -t glusterfs node1:stripe-volume /test/stripe/
[root@localhost ~]# mount -t glusterfs node1:rep-volume /test/rep
[root@localhost ~]# mount -t glusterfs node1:dis-stripe /test/dis_and_stripe/
[root@localhost ~]# mount -t glusterfs node1:dis-rep /test/dis_and_rep/

[root@localhost ~]# df -h
文件系統容量已用可用已用% 掛載點
/dev/mapper/cl-root 95G 4.0G 91G 5% /
devtmpfs 473M 0 473M 0% /dev
tmpfs 489M 144K 489M 1% /dev/shm
tmpfs 489M 7.1M 482M 2% /run
tmpfs 489M 0 489M 0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1 1014M 173M 842M 18% /boot
tmpfs 98M 12K 98M 1% /run/user/0
/dev/sr0 4.1G 4.1G 0 100% /media/cdrom
node1:dis-volume 12G 49M 11G 1% /test/dis
node1:rep-volume 4.8G 21M 4.6G 1% /test/rep
node1:dis-stripe 12G 37M 11G 1% /test/dis_and_stripe
node1:dis-rep 7.8G 33M 7.3G 1% /test/dis_and_rep
node1:stripe-volume 9.6G 41M 9.1G 1% /test/stripe

5：修改fstab配置文件
[root@localhost ~]# vi /etc/fstab
在末尾添加：

node1:dis-volume /test/dis glusterfs defaules,_netdev 0 0
node1:stripe-volume /test/stripe glusterfs defaules,_netdev 0 0
node1:rep-volume /test/rep glusterfs defaules,_netdev 0 0
node1:dis-stripe /test/dis_and_stripe glusterfs defaules,_netdev 0 0
node1:dis-rep /test/dis_and_rep glusterfs defaules,_netdev 0 0

1.4：在客戶端測試Gluster文件系統
1：在卷中寫入文件
（1）創建測試文件
[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/root/demo1.log bs=1M count=43
[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/root/demo2.log bs=1M count=43
[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/root/demo3.log bs=1M count=43
[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/root/demo4.log bs=1M count=43
[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/root/demo5.log bs=1M count=43
（2）卷中寫入文件
[root@localhost ~]# cp demo /test/dis/
[root@localhost ~]# cp demo /test/stripe/
[root@localhost ~]# cp demo /test/rep/
[root@localhost ~]# cp demo /test/dis_and_stripe/
[root@localhost ~]# cp demo* /test/dis_and_rep/

2：查看文件分佈
（1）在node1和node2中查看分佈式卷文件分佈

node1：
[root@localhost ~]# ll -h /e6
總用量 173M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo4.log

node2：
[root@localhost ~]# ll -h /e6
總用量 44M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo5.log

（2）在node1和node2中查看條帶卷文件分佈
node1：
[root@localhost ~]# ll -h /d5
總用量 108M
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo4.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo5.log

node2：
[root@localhost ~]# ll -h /d5
總用量 108M
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo4.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:06 demo5.log

（3）在node3和node4中查看複製卷文件分佈

node3：
[root@localhost ~]# ll -h /d5
總用量 216M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo4.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo5.log

node4：
[root@localhost ~]# ll -h /d5
總用量 216M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo4.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo5.log

（4）在node1、node2、node3、node4中查看分佈式條帶文件分佈
node1：
[root@localhost ~]# ll -h /b3
總用量 87M
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo4.log

node2：
[root@localhost ~]# ll -h /b3
總用量 87M
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo4.log

node3：
[root@localhost ~]# ll -h /b3
總用量 22M
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo5.log

node4：
[root@localhost ~]# ll -h /b3
總用量 22M
-rw-r--r--. 2 root root 22M 4月 17 22:07 demo5.log

（5）在node1、node2、node3、node4中查看分佈式複製卷文件分佈

node1：
[root@localhost ~]# ll -h /c4
總用量 173M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo4.log

node2：
[root@localhost ~]# ll -h /c4
總用量 173M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo1.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo2.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo3.log
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo4.log

node3：
[root@localhost ~]# ll -h /c4
總用量 44M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo5.log

node4：
[root@localhost ~]# ll -h /c4
總用量 44M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo5.log

3：破壞性測試
（1）掛起node2節點，在客戶端上測試各個文件是否可以正常使用
（2）再掛起node4，在客戶端繼續測試各個文件的讀取

1.5：其他維護命令
1：查看GFS卷
[root@localhost ~]# gluster volume list
dis-rep
dis-stripe
dis-volume
rep-volume
stripe-volume

[root@localhost ~]# gluster volume info

Volume Name: dis-rep
Type: Distributed-Replicate
Volume ID: 197055f7-37d8-419f-bb22-9f05c7e1a032
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2 x 2 = 4
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/c4
Brick2: node2:/c4
Brick3: node3:/c4
Brick4: node4:/c4
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

Volume Name: dis-stripe
Type: Distributed-Stripe
Volume ID: ff516167-7840-485a-8d3a-1630bd4d174d
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2 x 2 = 4
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/b3
Brick2: node2:/b3
Brick3: node3:/b3
Brick4: node4:/b3
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

Volume Name: dis-volume
Type: Distribute
Volume ID: 40946bd8-cc79-406a-be3c-5c03dd2a207e
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/e6
Brick2: node2:/e6
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

Volume Name: rep-volume
Type: Replicate
Volume ID: b5d1afda-ab03-47a7-82b9-2786648a9b3a
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 1 x 2 = 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node3:/d5
Brick2: node4:/d5
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

Volume Name: stripe-volume
Type: Stripe
Volume ID: d8e335d5-47d5-484f-804b-bb36ed522bf6
Status: Started
Snapshot Count: 0
Number of Bricks: 1 x 2 = 2
Transport-type: tcp
Bricks:
Brick1: node1:/d5
Brick2: node2:/d5
Options Reconfigured:
transport.address-family: inet
nfs.disable: on

[root@localhost ~]# gluster volume status
Status of volume: dis-rep
Gluster process TCP Port RDMA Port Online Pid

Brick node1:/c4 49154 0 Y 5233
Brick node2:/c4 49154 0 Y 4695
Self-heal Daemon on localhost N/A N/A Y 5253
Self-heal Daemon on node2 N/A N/A Y 4723