博文目錄
一、GlusterFS概述
1、GlusterFS的特點
2、GlusterFS術語
3、模塊化堆棧式架構
二、GlusterFS的工作原理
1、GlusterFS的工作流程
2、彈性HASH算法
三、GlusterFS的卷類型
1、分佈式卷
2、條帶卷
3、複製卷
4、分佈式條帶卷
5、分佈式複製卷
一、GlusterFS概述
GlusterFS是一個開源的分佈式文件系統，同時也是Scale-Out存儲解決方案Gluster的核心，在存儲數據方面有強大的橫向擴展能力，通過擴展不同的節點可以支持PB級別的存儲容量。GlusterFS藉助TCP/IP或InfiniBand RDMA網絡將分散的存儲資源匯聚在一起，同一提供存儲服務，並使用單一全局命令空間來管理數據。GlusterFS基於可堆疊的用戶空間以及無元的設計，可爲各種不同的數據負載提供優異的性能。
GlusterFS主要由存儲服務器、客戶端及NFS/Samba存儲網關（可選，根據需要選擇使用）組成。GlusterFS架構中最大的設計特點就是沒有元數據服務器組件，這有助於提升整個系統的性能、可靠性和穩定性。傳統的分佈式文件系統大多通過元服務器來存儲元數據，元數據包含存儲節點上的目錄信息、目錄結構等，這樣的設計在瀏覽目錄時效率非常高，但是也存在一些缺陷，如單點故障，一旦元數據服務器出現故障，即使節點具備再高的冗餘性，整個存儲系統也將崩潰，而GlusterFS分佈式文件系統是基於無元服務器的設計，數據橫向擴展能力強，具備較高的可靠性及存儲效率。 GlusterFS支持TCP/IP和InfiniBand RDMA高速網絡互聯，客戶端可通過原聲GlusterFS協議訪問數據，其他沒有運行GlusterFS客戶端的終端可通過NFS/CIFS標準協議通過存儲網關訪問數據。如下圖：
1、GlusterFS的特點
擴展性和高性能；
高可用性；
全局統一命名空間；
基於標準協議；
- 彈性卷管理；
2、GlusterFS術語
Brick（存儲塊）：指可信主機池中由主機提供的用於物理存儲的專用分區，是GlusterFS中的基本存儲單元，同時也是可信存儲池中服務器上對外提供的存儲目錄，存儲目錄的格式由服務器和目錄的絕對路徑構成，表示方法爲SERVER：EXPORT ，比如：192.168.1.4/date/mydir/；
Volume（邏輯卷）：一個邏輯卷是一組Brick的集合。卷是數據存儲的邏輯設備，類似於LVM中的邏輯卷。大部分Gluster管理操作是在捲上進行的；
FUSE：是一個內核模塊，允許用戶創建自己的文件系統，無須修改內核代碼；
VFS：內核空間對用戶空間提供吧的訪問磁盤的接口；
- Glusterd（後臺管理進程）：在存儲羣集中的每個節點上都要運行；
3、模塊化堆棧式架構
如下圖所示，GlusterFS採用模塊化、堆棧式的架構，可以根據需求配置定製化的應用環境，如大文件存儲、海量小文件存儲、雲存儲、多傳輸協議應用等。通過對模塊進行各種組合，即可實現複雜的功能。例如，Replicate模塊可實現RAID1，Stripe模塊可實現RAID0，通過兩者的組合可實現RAID10和RAID01，同時獲得更高的性能及可靠性。
GlusterFS是模塊化堆棧式的架構設計。模塊成爲Translator，是GlusterFS提供的一種強大的機制，藉助這種良好定義的接口可以高效簡便地擴展文件系統的功能。
1）服務器與客戶端的設計高度模塊化的同事模塊接口是兼容的，同一個transtator可同事在客戶端和服務器加載；
2）GlusterFS中所有的功能都是通過transtator實現的，其中客戶端要比服務器更復雜。所以功能的重點主要集中在客戶端上；
二、GlusterFS的工作原理
1、GlusterFS的工作流程
圖中所示只是GlusterFS數據訪問的一個概要圖。
1）客戶端或應用程序通過GlusterFS的掛在點訪問數據；
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，並向系統註冊了一個實際的文件系統FUSE，而FUSE文件系統則是將數據過/dev/fuse設備文件遞交給GlusterFS client端。可以將FUSE文件系統理解爲一個代理；
4）GlusterFS client收到數據後。client根據配置文件對數據進行處理；
5）經過GlusterFS client處理後，通過網絡將數據傳遞至遠端的GlusterFS Server，並且將數據寫入服務器存儲設備；
2、彈性HASH算法
彈性HASH算法使用Davies-Meyer算法，通過HASH算法得到一個32位的整數範圍，假設邏輯卷中有N個存儲單位Brick，則32位的整數範圍被劃分爲N個連續的子空間，每個空間對應一個Brick。當用戶或應用程序訪問某一個命名空間時，通過對該命名空間計算HASH值，根據該HASH值對應的32位整數空間定位數據所在的Brick。優點如下：
保證數據平均分佈在每個Brick中；
- 解決了對元數據服務器的依賴，進而解決了單點故障及訪問瓶頸；
三、GlusterFS的卷類型
GlusterFS支持七種卷，即分佈式卷、條帶卷、複製卷、分佈式條帶卷、分佈式複製卷、條帶複製卷和分佈式條帶複製卷，這七種卷可以滿足不同應用對高性能、高可用的需求。
分佈式卷（Distribute volume）：文件通過HASH算法分佈到所有Brick Server上，這種卷是Glusterf的基礎；以文件爲單位根據HASH算法散列到不同的Brick，其實只是擴大了磁盤空間，如果有一個磁盤損壞，數據也將丟失，屬於文件級的RAID0，不具備容錯能力；
條帶卷（Stripe volume）：類似於RAID0，文件被分爲數據塊並以輪詢的方式分佈到多個Brick Server上，文件存儲以數據塊爲單位，支持大文件存儲，文件越大，讀取效率越高；
複製卷（Replica volume）：將文件同步到多個Brick上，使其具備多個文件副本，屬於文件級RAID1，具有容錯能力。因爲數據分散到多個Brick中，所以讀性能得到了很大提升，但寫性能下降；
分佈式條帶卷（Distribute Stripe volume）：Brick Server數量是條帶數（數據塊分佈的Brick數量）的倍數，兼備分佈式卷和條帶卷的特點；
分佈式複製卷（Distribute Replica volume）：Brick Server數量是鏡像數（數據副本數量）的倍數，具有分佈式卷和複製卷的特點；
條帶複製卷（Stripe Replica volume）：類似於RAID10，同時具有條帶卷和複製卷的特點；
- 分佈式條帶複製卷（Distribute Stripe Replica volume）：三種基本卷的複合卷，通常用於類Map Reduce應用；
1、分佈式卷
分佈式卷是GlusterFS的默認卷，在創建卷時，默認選項就是創建分佈式卷。在該模式下，並沒有對文件進行分塊處理，文件直接存儲在某個Server節點上。直接使用本地文件系統進行文件存儲，大部分Linux命令和工具可以繼續正常使用。需要通過擴展文件屬性保存HASH值，目前支持的底層文件系統有ext3、ext4、ZFS、XFS等。
由於使用本地文件系統，所以存取效率並沒有提高，反而會因爲網絡通信的原因而有所降低；另外支持超大型文件也會有一定的難度，因爲分佈式卷不會對文件進行分塊處理。雖然ext4已經可以支持最大16TB的單個文件，但是本地存儲設備的容量實在有限。
如圖所示，File1和File2存放在Server1，而File3存放在Server2，文件都是隨機存儲，一個文件要麼在Server1上，要麼在Server2上，不能分塊同時存放在Server1和Server2上。
分佈式卷具有如下特點：
文件分佈在不同的服務器，佈局別冗餘性；
更容易廉價地擴展卷的大小；
單點故障會造成數據丟失；
- 依賴於底層的數據保護；
創建分佈式卷：
[root@cecentos01 ~]# gluster volume create dis-volume server1:/dir1 server2:/dir2
<!--創建一個名爲dis-volume的分佈卷，文件將根據HASH分佈在
server1：/dir1、server2:/dir2中-->
Creation of dis-volume has been successful
Please start the volume to access data2、條帶卷
Stripe模式相當於RAID0，在該模式下，根據偏移量將文件分成N塊（N個條帶節點），輪詢地存儲在每個Brick Server節點。節點把每個數據塊都作爲普通文件存入本地文件系統中，通過擴展屬性記錄總塊數和每塊的序號。在配置時指定的條帶數必須等於卷中Brick所包含的存儲服務器數，在存儲大文件時，性能尤爲突出，但是不具備冗餘性。
如下圖所示，將文件存放在不同服務器裏，File被分割爲6段，1、3、5放在server1，2、4、6放在server2。
條帶卷具有如下特點：
數據被分割成更小塊分佈到塊服務器羣中的不同條帶區；
分佈減少了負載且更小的文件加速了存取的速度；
- 沒有數據冗餘；
創建條帶卷：
[root@centos01 ~]# gluster volume create stripe-volume stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2
<!--創建一個名爲Stripe-volume的條帶卷，文件將分塊輪詢地存儲在
server1:/dir1 、server2:/dir2兩個Brick中-->
Creation of rep-volume has been successful
Please start the volume to access data3、複製卷
複製模式，也稱爲AFR，相當於RAID1。即同一文件保存一份或多份副本，每個節點保存相同的內容和目錄結構。複製模式因爲要保存副本，所以磁盤利用率較低。如果多個節點上的存儲空間不一致，那麼將按照木桶效應取最低節點的容量作爲該卷的總容量。在配置複製卷時，複製數必須等於卷中Brick所包含的存儲服務器數，複製卷具備冗餘性，即使一個節點損壞，也不影響數據的正常使用。
如下圖所示，將文件存放在服務器裏，File1和File2同時存放在Server1和Server2上，相當於Server2中的文件是Server1中文件的副本。
複製卷具有以下特點：
卷中所有的服務器均保存一個完整的副本；
卷的副本數量可由客戶創建的時候決定；
至少有兩個塊服務器或者更多的服務器；
- 具有冗餘性；
創建複製卷：
[root@centos01 ~]# gluster volume create rep-volume replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2
<!--創建名爲rep-volume的複製卷，文件將同時存儲兩個副本，
分別在Server1:/dir1和Server2:/dir2兩個Brick中-->
Creation of rep-volume has been successful
Please start the volume to access data4、分佈式條帶卷
分佈式條帶卷兼顧分佈式和條帶卷的功能，主要用於大文件訪問處理，創建一個分佈式條帶卷最少需要4臺服務器。
如下圖所示，File1和File2通過分佈式卷的功能分別定位到Server1和Server2。在Server1中，File1被分割成4段，其中1、3在Server1中exp1目錄中；2、4在Server1中的exp2目錄中。在Server2中，File2也被分割成4段，其中1、3在Server2中的exp3目錄中，2、4在Server2中的exp4目錄中。
創建分佈式條帶卷：
[root@centos01 ~]# gluster volume create dis-stripe stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4
<!--創建了一個名爲dis-stripe的分佈式條帶卷，配置分佈式的條帶卷時，
卷中Brick所包含的存儲服務器數必須是條帶數的倍數(>=2倍)-->
Creation of rep-volume has been successful
Please start the volume to access data創建卷時，存儲服務器的數量如果等於條帶或複製數，那麼創建的是條帶卷或複製卷；如果存儲服務器的數量是條帶卷或複製卷的2倍甚至更多，那麼將創建分佈式條帶卷或分佈式複製卷。
5、分佈式複製卷
分佈式複製卷兼顧分佈式卷和複製卷的功能，主要用於需要冗餘的情況下。
如下圖所示，File1和File2通過分佈式卷的功能分別定位到Server1和Server2。在存放File1時，File1根據複製卷的特性，將存在兩個相同的副本，分別是Server1中的exp1目錄和Server2中的exp2目錄，在存放File2時，File2根據複製卷的特性，也將存在兩個相同的副本，分別是Server3中的exp3目錄和Server4中的exp4目錄。
創建分佈式複製卷：
[root@centos01 ~]# gluster volume create dis-rep replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4
<!--創建了一個名爲dis-rep的分佈式條帶卷，配置分佈式的複製卷時，
卷中Brick所包含的存儲服務器數必須是條帶數的倍數(>=2倍)-->
Creation of rep-volume has been successful
Please start the volume to access data假如存在8臺服務器，當複製副本爲2時，按照服務器列表的順序，服務器1和2作爲一個複製，服務器3和4作爲一個複製，服務器5和6作爲一個複製，服務器7和8作爲一個複製；當複製副本爲4時，按照服務器列表的順序，服務器1/2/3./4作爲一個複製，服務器5/6/7/8作爲一個複製。
關於搭建GlusterFS分佈式文件系統羣集將在下一篇博文詳細配置！！！
———————— 本文至此結束，感謝閱讀 ————————