一. 存储分类

1.1 块存储：iSCSI、硬盘、光盘、U盘

优点：

速率快 不可取代 可以简单的方式实现数据的可用性

缺点：

不可共享 以及 文件系统的约束

1.2 文件存储 / 网络存储：samba、NFS

为了解决块设备无法共享的问题。
优点：
构建资金较低
可在不同主机之间共享存储

缺点：
读写速率低，传输速率慢

1.3 分布式存储 （MFS、RHC）/ 对象存储 / 存储桶

1）分布式存储：

元数据：指文件的详情信息（属者、大小、名称、存放在哪个block块等），在存储集群里面一般有1台元数据服务器用来承接数据访问请求，存储数据的元数据信息。 真实数据：指文件的数据内容，在存储集群里面一般有多台真实数据服务器存储着数据的内容。 如此便组成了分布式存储。

2）对象存储：

按照一定的访问方式调取指定类型的数据，就会返回所需数据，如根据用户名，密码，文件类型，文件大小，就可以返回指定的数据。当然，在后端会有一批服务器，逻辑上有存储桶这个概念，一个用户对应多个存储桶，用户的数据存放在存储桶中，存储桶的属主可以访问里面的数据。在访问请求到达后端服务器之前要经过一个应用程序编程接口（API）。对象存储在云原生领域使用较多，如阿里云、百度云。

优点：

• 读写效率高（一个用户可同时在多个服务器读取数据，而且有单独的IO）
• 可在不同主机之间共享存储（使用MFS服务实现）
• 有着更高的磁盘IO 网络 IO，存储量级更高

缺点：

• 造价昂贵
• 技术实现难度较高

分布式存储优点：

1. 增加存储容量
2. 加快读写效率
3. 保证文件高可用

二. GlusterFS 概述

2.1 GlusterFS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技术）

• 传统的分布式文件系统（比如MFS）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。

GlusterFS：

• 而Glusteres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。（不存在元服务器单点故障的问题）

横向扩展是并行添加更多等效功能组件以分散负载

• 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。

2.2 GlusterFS特点

2.3 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。

2.4 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。

2.5 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庞大的虚拟存储池，供前端主机访问这些节点完成数据读写操作。

2.6 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。

2.7 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（接口） 进行访问。

2.8 GlusterFS 术语

Brick（存储块）：

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 192.168.85.10:/data/mydir/。

Volume（逻辑卷）

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。

FUSE（内核模块）

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。

VFS（虚拟接口）

内核空间对用户空间提供的访问磁盘的接口。

Glusterd（后台管理进程）

在存储群集中的每个节点上都要运行。

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。

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 虚拟接口收到请求并处理；
3. VFS 将数据递交给 FUSE 内核文件系统，这是一个伪文件系统，这个伪文件系统主要用来转存，它提供一个虚拟接口，映射出来/dev/fuse这样一个虚拟路径，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 会实时监听/dev/fuse下的数据，一旦数据更新，会把数据拿过来，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，server会先转存到本地的vfs虚拟文件系统中，然后再通过vfs转存到EXT3上。EXT3指的是各个block块中的EXT3文件系统中。

GFS-server 端功能模块的划分：

1. 卷的类型（使用分布式、复制、条带)
2. 存储管理(卷的创建、启用、关闭)
3. I/O调用(存储后，读取数据，如何读取)
4. 与GFS-client 端对接

GFS-client 端

1. 用户通过用户态模式下，存储数据(写入数据)
2. 写入的数据，使用GFS挂载的形式完成（网络挂载samba/NFS) 3.数据的写入会由GFS-client转存到GFS-server端(对应的卷中)

网络通讯

1. Infinlband ——— IB
2. RDMA——— 面向连接传输协议—— 数据完整性(丢包率低)
3. TCP/IP
4. RDMA———》以后的服务中可以做为跨节点共享内存资源的协议

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。

GlusterFS的卷类型

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。

分布式卷(Distribute volume) 对文件进行存储

• 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。

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Serverl 上，要么在Server2上，不能分块同时存放在Server1和 Server2上。

分布式卷具有如下特点：

• 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。

创建分布式卷：

 #创建一个名为dis-volume的分布式卷，文件将根据HASH分布在serverl:/dir1、server2:/dir2 和 server3:/dir3中。
 gluster volume create dis-volume server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3

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。

示例原理：

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

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。

创建条带卷：

 #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
 ​
 #注意：分片数量需要是brick的倍数。

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。brick数量需要是条带的倍数。

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。

创建分布式条带卷：

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
 ​
 #文件先分布存储，之后再分块存储。

• 如果brick数量和条带数一致，那就是普通的条带卷。
• 如果brick数量是条带的2倍以上，就是分布式条带卷。

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。

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。

brick数量需要是复制卷的n倍。

文件先做分布式存储（hash散列），之后做镜像。

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。

创建分布式复制卷：

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

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。

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。

部署 GlusterFS 群集

实验环境

节点	磁盘	挂载点
Node1节点	node1

实验规划

• 分布式卷 node01 /dev/sdb1 node02 /dev/sdb1 挂载点：/data/sdxx

• 条带卷 node01 /dev/sdc1 node02 /dev/sdc1

• 复制卷 node03 /dev/sdb1 node04 /dev/sdb1

• 分布式条带卷 node01-04 /dev/sdd1

• 分布式复制卷 node01-04 /dev/sde1

所有node节点添加硬盘

使用fdisk.sh脚本完成所有node节点的分区，格式化，创建挂载点目录并挂载

#!/bin/bash
DEVNAME=$(ls /dev/sd* | grep -o "sd[b-e]")  #过滤出磁盘名称

for i in $DEVNAME
do
    echo -e "n\n\n\n\n\nw\n" | fdisk /dev/$i &> /dev/null    #创建分区
    mkfs -t xfs /dev/${i}1 &> /dev/null    #格式化
	mkdir -p /data/${i}1    #创建挂载目录
    echo "/dev/${i}1 /data/${i}1 xfs     defaults        0 0" >> /etc/fstab   #设置永久挂载
done
mount -a &> /dev/null

各node节点修改主机名，配置/etc/hosts文件

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

启动glusterd 添加节点到存储信任池中，将这几台主机关联到一起（在 node1 节点上操作）

在每个Node节点上查看群集状态

创建卷

卷名	卷类型	Brick
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)

创建分布式卷

gluster volume create dis-volume node1:/data/sdb1 node2:/data/sdb1 force

创建条带卷

创建复制卷

创建分布式条带卷

创建分布式复制卷

查看当前所有卷的列表

部署 Gluster 客户端

安装客户端软件

将gfsrepo 压缩包上传到/opt目录下

修改yum源路径

安装进程

yum -y install glusterfs glusterfs-fuse

创建挂载目录

配置 /etc/hosts 文件

挂载Gluster文化系统

#永久挂载
vim /etc/fstab
node1:dis-volume		/opt/data/dis				glusterfs		defaults,_netdev		0 0
node1:stripe-volume		/opt/data/stripe			glusterfs		defaults,_netdev		0 0
node1:rep-volume		/opt/data/rep				glusterfs		defaults,_netdev		0 0
node1:dis-stripe		/opt/data/dis_stripe		glusterfs		defaults,_netdev		0 0
node1:dis-rep			/opt/data/dis_rep			glusterfs		defaults,_netdev		0 0

测试 Gluster 文件系统

卷中写入文件，客户端操作

查看文件分布

查看分布式文件分布

查看条带卷文件分布

查看复制卷分布

查看分布式条带卷分布

查看分布式复制卷分布

破坏性测试

• 挂起 node2 节点或者关闭glusterd服务来模拟故障
• 在客户端上查看文件是否正常

分布式卷数据查看

条带卷

分布式条带卷

分布式复制卷

挂起 node2 和 node4 节点，在客户端上查看文件是否正常

测试复制卷是否正常

测试分布式条带卷是否正常

测试分布式复制卷是否正常

据上述实验测试，凡是带复制数据，相比而言，数据比较安全。

总结

d 代表 deamon 守护进程

守护进程是运行在Linux服务器后台的一种服务程序。现在比较常用 是 service 这个词。

存储类型

块存储
硬盘 内存 光驱

文件存储
nfs  lvm  raid

对象存储
GFS   Ceph  FastdFS（本地） 
OSS（阿里云）  S3（亚马逊云）(公有云)    
Switch(私有云)

类型
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、分布式条带复制卷

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）
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）
复制卷   把文件在各个brick中做镜像存储（具备冗余能力）

分布式条带卷  至少要四个brick，brick数量>=条带数的2倍（不具备冗余能力）
分布式复制卷   至少要死个brick，brick数量>=副本数的2倍 （具备冗余能力）

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）