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GlusterFS分布式文件系統(tǒng)概述-創(chuàng)新互聯(lián)

博文目錄
一、GlusterFS概述
1、GlusterFS的特點(diǎn)
2、GlusterFS術(shù)語
3、模塊化堆棧式架構(gòu)
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、分布式卷
2、條帶卷
3、復(fù)制卷
4、分布式條帶卷
5、分布式復(fù)制卷

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一、GlusterFS概述

GlusterFS是一個開源的分布式文件系統(tǒng),同時也是Scale-Out存儲解決方案Gluster的核心,在存儲數(shù)據(jù)方面有強(qiáng)大的橫向擴(kuò)展能力,通過擴(kuò)展不同的節(jié)點(diǎn)可以支持PB級別的存儲容量。GlusterFS借助TCP/IP或InfiniBand RDMA網(wǎng)絡(luò)將分散的存儲資源匯聚在一起,同一提供存儲服務(wù),并使用單一全局命令空間來管理數(shù)據(jù)。GlusterFS基于可堆疊的用戶空間以及無元的設(shè)計,可為各種不同的數(shù)據(jù)負(fù)載提供優(yōu)異的性能。

GlusterFS主要由存儲服務(wù)器、客戶端及NFS/Samba存儲網(wǎng)關(guān)(可選,根據(jù)需要選擇使用)組成。GlusterFS架構(gòu)中大的設(shè)計特點(diǎn)就是沒有元數(shù)據(jù)服務(wù)器組件,這有助于提升整個系統(tǒng)的性能、可靠性和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的分布式文件系統(tǒng)大多通過元服務(wù)器來存儲元數(shù)據(jù),元數(shù)據(jù)包含存儲節(jié)點(diǎn)上的目錄信息、目錄結(jié)構(gòu)等,這樣的設(shè)計在瀏覽目錄時效率非常高,但是也存在一些缺陷,如單點(diǎn)故障,一旦元數(shù)據(jù)服務(wù)器出現(xiàn)故障,即使節(jié)點(diǎn)具備再高的冗余性,整個存儲系統(tǒng)也將崩潰,而GlusterFS分布式文件系統(tǒng)是基于無元服務(wù)器的設(shè)計,數(shù)據(jù)橫向擴(kuò)展能力強(qiáng),具備較高的可靠性及存儲效率。 GlusterFS支持TCP/IP和InfiniBand RDMA高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),客戶端可通過原聲GlusterFS協(xié)議訪問數(shù)據(jù),其他沒有運(yùn)行GlusterFS客戶端的終端可通過NFS/CIFS標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議通過存儲網(wǎng)關(guān)訪問數(shù)據(jù)。如下圖:
GlusterFS分布式文件系統(tǒng)概述

1、GlusterFS的特點(diǎn)

  • 擴(kuò)展性和高性能;

  • 高可用性;

  • 全局統(tǒng)一命名空間;

  • 基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議;

  • 彈性卷管理;

2、GlusterFS術(shù)語

  • Brick(存儲塊):指可信主機(jī)池中由主機(jī)提供的用于物理存儲的專用分區(qū),是GlusterFS中的基本存儲單元,同時也是可信存儲池中服務(wù)器上對外提供的存儲目錄,存儲目錄的格式由服務(wù)器和目錄的絕對路徑構(gòu)成,表示方法為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(shù)據(jù)存儲的邏輯設(shè)備,類似于LVM中的邏輯卷。大部分Gluster管理操作是在卷上進(jìn)行的;

  • FUSE:是一個內(nèi)核模塊,允許用戶創(chuàng)建自己的文件系統(tǒng),無須修改內(nèi)核代碼;

  • VFS:內(nèi)核空間對用戶空間提供吧的訪問磁盤的接口;

  • Glusterd(后臺管理進(jìn)程):在存儲群集中的每個節(jié)點(diǎn)上都要運(yùn)行;

3、模塊化堆棧式架構(gòu)

如下圖所示,GlusterFS采用模塊化、堆棧式的架構(gòu),可以根據(jù)需求配置定制化的應(yīng)用環(huán)境,如大文件存儲、海量小文件存儲、云存儲、多傳輸協(xié)議應(yīng)用等。通過對模塊進(jìn)行各種組合,即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。例如,Replicate模塊可實(shí)現(xiàn)RAID1,Stripe模塊可實(shí)現(xiàn)RAID0,通過兩者的組合可實(shí)現(xiàn)RAID10和RAID01,同時獲得更高的性能及可靠性。
GlusterFS分布式文件系統(tǒng)概述
GlusterFS是模塊化堆棧式的架構(gòu)設(shè)計。模塊成為Translator,是GlusterFS提供的一種強(qiáng)大的機(jī)制,借助這種良好定義的接口可以高效簡便地擴(kuò)展文件系統(tǒng)的功能。
1)服務(wù)器與客戶端的設(shè)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(wù)器加載;

2)GlusterFS中所有的功能都是通過transtator實(shí)現(xiàn)的,其中客戶端要比服務(wù)器更復(fù)雜。所以功能的重點(diǎn)主要集中在客戶端上;

二、GlusterFS的工作原理

1、GlusterFS的工作流程

GlusterFS分布式文件系統(tǒng)概述
圖中所示只是GlusterFS數(shù)據(jù)訪問的一個概要圖。
1)客戶端或應(yīng)用程序通過GlusterFS的掛在點(diǎn)訪問數(shù)據(jù);

2)Linux系統(tǒng)內(nèi)核通過VFS API收到請求并處理;

3)VFS將數(shù)據(jù)遞交給FUSE內(nèi)核文件系統(tǒng),并向系統(tǒng)注冊了一個實(shí)際的文件系統(tǒng)FUSE,而FUSE文件系統(tǒng)則是將數(shù)據(jù)過/dev/fuse設(shè)備文件遞交給GlusterFS client端??梢詫USE文件系統(tǒng)理解為一個代理;

4)GlusterFS client收到數(shù)據(jù)后。client根據(jù)配置文件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;

5)經(jīng)過GlusterFS client處理后,通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳遞至遠(yuǎn)端的GlusterFS Server,并且將數(shù)據(jù)寫入服務(wù)器存儲設(shè)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(shù)范圍,假設(shè)邏輯卷中有N個存儲單位Brick,則32位的整數(shù)范圍被劃分為N個連續(xù)的子空間,每個空間對應(yīng)一個Brick。當(dāng)用戶或應(yīng)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(jù)該HASH值對應(yīng)的32位整數(shù)空間定位數(shù)據(jù)所在的Brick。優(yōu)點(diǎn)如下:

  • 保證數(shù)據(jù)平均分布在每個Brick中;

  • 解決了對元數(shù)據(jù)服務(wù)器的依賴,進(jìn)而解決了單點(diǎn)故障及訪問瓶頸;

三、GlusterFS的卷類型

GlusterFS支持七種卷,即分布式卷、條帶卷、復(fù)制卷、分布式條帶卷、分布式復(fù)制卷、條帶復(fù)制卷和分布式條帶復(fù)制卷,這七種卷可以滿足不同應(yīng)用對高性能、高可用的需求。

  • 分布式卷(Distribute volume):文件通過HASH算法分布到所有Brick Server上,這種卷是Glusterf的基礎(chǔ);以文件為單位根據(jù)HASH算法散列到不同的Brick,其實(shí)只是擴(kuò)大了磁盤空間,如果有一個磁盤損壞,數(shù)據(jù)也將丟失,屬于文件級的RAID0,不具備容錯能力;

  • 條帶卷(Stripe volume):類似于RAID0,文件被分為數(shù)據(jù)塊并以輪詢的方式分布到多個Brick Server上,文件存儲以數(shù)據(jù)塊為單位,支持大文件存儲,文件越大,讀取效率越高;

  • 復(fù)制卷(Replica volume):將文件同步到多個Brick上,使其具備多個文件副本,屬于文件級RAID1,具有容錯能力。因?yàn)閿?shù)據(jù)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;

  • 分布式條帶卷(Distribute Stripe volume):Brick Server數(shù)量是條帶數(shù)(數(shù)據(jù)塊分布的Brick數(shù)量)的倍數(shù),兼?zhèn)浞植际骄砗蜅l帶卷的特點(diǎn);

  • 分布式復(fù)制卷(Distribute Replica volume):Brick Server數(shù)量是鏡像數(shù)(數(shù)據(jù)副本數(shù)量)的倍數(shù),具有分布式卷和復(fù)制卷的特點(diǎn);

  • 條帶復(fù)制卷(Stripe Replica volume):類似于RAID10,同時具有條帶卷和復(fù)制卷的特點(diǎn);

  • 分布式條帶復(fù)制卷(Distribute Stripe Replica volume):三種基本卷的復(fù)合卷,通常用于類Map Reduce應(yīng)用;

1、分布式卷

分布式卷是GlusterFS的默認(rèn)卷,在創(chuàng)建卷時,默認(rèn)選項就是創(chuàng)建分布式卷。在該模式下,并沒有對文件進(jìn)行分塊處理,文件直接存儲在某個Server節(jié)點(diǎn)上。直接使用本地文件系統(tǒng)進(jìn)行文件存儲,大部分Linux命令和工具可以繼續(xù)正常使用。需要通過擴(kuò)展文件屬性保存HASH值,目前支持的底層文件系統(tǒng)有ext3、ext4、ZFS、XFS等。
由于使用本地文件系統(tǒng),所以存取效率并沒有提高,反而會因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)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?yàn)榉植际骄聿粫ξ募M(jìn)行分塊處理。雖然ext4已經(jīng)可以支持大16TB的單個文件,但是本地存儲設(shè)備的容量實(shí)在有限。
如圖所示,F(xiàn)ile1和File2存放在Server1,而File3存放在Server2,文件都是隨機(jī)存儲,一個文件要么在Server1上,要么在Server2上,不能分塊同時存放在Server1和Server2上。
GlusterFS分布式文件系統(tǒng)概述

分布式卷具有如下特點(diǎn):

  • 文件分布在不同的服務(wù)器,布局別冗余性;

  • 更容易廉價地擴(kuò)展卷的大?。?/p>

  • 單點(diǎn)故障會造成數(shù)據(jù)丟失;

  • 依賴于底層的數(shù)據(jù)保護(hù);

創(chuàng)建分布式卷:

[root@cecentos01 ~]# gluster volume create dis-volume server1:/dir1 server2:/dir2
<!--創(chuàng)建一個名為dis-volume的分布卷,文件將根據(jù)HASH分布在
server1:/dir1、server2:/dir2中-->
Creation of dis-volume has been successful
Please start the volume to access data

2、條帶卷

Stripe模式相當(dāng)于RAID0,在該模式下,根據(jù)偏移量將文件分成N塊(N個條帶節(jié)點(diǎn)),輪詢地存儲在每個Brick Server節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)把每個數(shù)據(jù)塊都作為普通文件存入本地文件系統(tǒng)中,通過擴(kuò)展屬性記錄總塊數(shù)和每塊的序號。在配置時指定的條帶數(shù)必須等于卷中Brick所包含的存儲服務(wù)器數(shù),在存儲大文件時,性能尤為突出,但是不具備冗余性。
如下圖所示,將文件存放在不同服務(wù)器里,F(xiàn)ile被分割為6段,1、3、5放在server1,2、4、6放在server2。
GlusterFS分布式文件系統(tǒng)概述

條帶卷具有如下特點(diǎn):

  • 數(shù)據(jù)被分割成更小塊分布到塊服務(wù)器群中的不同條帶區(qū);

  • 分布減少了負(fù)載且更小的文件加速了存取的速度;

  • 沒有數(shù)據(jù)冗余;

創(chuàng)建條帶卷:

[root@centos01 ~]# gluster volume create stripe-volume stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2
<!--創(chuàng)建一個名為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 data

3、復(fù)制卷

復(fù)制模式,也稱為AFR,相當(dāng)于RAID1。即同一文件保存一份或多份副本,每個節(jié)點(diǎn)保存相同的內(nèi)容和目錄結(jié)構(gòu)。復(fù)制模式因?yàn)橐4娓北?,所以磁盤利用率較低。如果多個節(jié)點(diǎn)上的存儲空間不一致,那么將按照木桶效應(yīng)取最低節(jié)點(diǎn)的容量作為該卷的總?cè)萘?。在配置?fù)制卷時,復(fù)制數(shù)必須等于卷中Brick所包含的存儲服務(wù)器數(shù),復(fù)制卷具備冗余性,即使一個節(jié)點(diǎn)損壞,也不影響數(shù)據(jù)的正常使用。
如下圖所示,將文件存放在服務(wù)器里,F(xiàn)ile1和File2同時存放在Server1和Server2上,相當(dāng)于Server2中的文件是Server1中文件的副本。
GlusterFS分布式文件系統(tǒng)概述

復(fù)制卷具有以下特點(diǎn):

  • 卷中所有的服務(wù)器均保存一個完整的副本;

  • 卷的副本數(shù)量可由客戶創(chuàng)建的時候決定;

  • 至少有兩個塊服務(wù)器或者更多的服務(wù)器;

  • 具有冗余性;

創(chuàng)建復(fù)制卷:

[root@centos01 ~]# gluster volume create rep-volume replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2
<!--創(chuàng)建名為rep-volume的復(fù)制卷,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 data

4、分布式條帶卷

分布式條帶卷兼顧分布式和條帶卷的功能,主要用于大文件訪問處理,創(chuàng)建一個分布式條帶卷最少需要4臺服務(wù)器。
如下圖所示,F(xiàn)ile1和File2通過分布式卷的功能分別定位到Server1和Server2。在Server1中,F(xiàn)ile1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,F(xiàn)ile2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。
GlusterFS分布式文件系統(tǒng)概述

創(chuàng)建分布式條帶卷:

[root@centos01 ~]# gluster volume create dis-stripe stripe 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4
<!--創(chuàng)建了一個名為dis-stripe的分布式條帶卷,配置分布式的條帶卷時,
卷中Brick所包含的存儲服務(wù)器數(shù)必須是條帶數(shù)的倍數(shù)(>=2倍)-->
Creation of rep-volume has been successful
Please start the volume to access data

創(chuàng)建卷時,存儲服務(wù)器的數(shù)量如果等于條帶或復(fù)制數(shù),那么創(chuàng)建的是條帶卷或復(fù)制卷;如果存儲服務(wù)器的數(shù)量是條帶卷或復(fù)制卷的2倍甚至更多,那么將創(chuàng)建分布式條帶卷或分布式復(fù)制卷。

5、分布式復(fù)制卷

分布式復(fù)制卷兼顧分布式卷和復(fù)制卷的功能,主要用于需要冗余的情況下。
如下圖所示,F(xiàn)ile1和File2通過分布式卷的功能分別定位到Server1和Server2。在存放File1時,F(xiàn)ile1根據(jù)復(fù)制卷的特性,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,F(xiàn)ile2根據(jù)復(fù)制卷的特性,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。
GlusterFS分布式文件系統(tǒng)概述

創(chuàng)建分布式復(fù)制卷:

[root@centos01 ~]# gluster volume create dis-rep replica 2 transport tcp server1:/dir1 server2:/dir2 server3:/dir3 server4:/dir4
<!--創(chuàng)建了一個名為dis-rep的分布式條帶卷,配置分布式的復(fù)制卷時,
卷中Brick所包含的存儲服務(wù)器數(shù)必須是條帶數(shù)的倍數(shù)(>=2倍)-->
Creation of rep-volume has been successful
Please start the volume to access data

假如存在8臺服務(wù)器,當(dāng)復(fù)制副本為2時,按照服務(wù)器列表的順序,服務(wù)器1和2作為一個復(fù)制,服務(wù)器3和4作為一個復(fù)制,服務(wù)器5和6作為一個復(fù)制,服務(wù)器7和8作為一個復(fù)制;當(dāng)復(fù)制副本為4時,按照服務(wù)器列表的順序,服務(wù)器1/2/3./4作為一個復(fù)制,服務(wù)器5/6/7/8作為一個復(fù)制。

關(guān)于搭建GlusterFS分布式文件系統(tǒng)群集將在下一篇博文詳細(xì)配置?。?!

———————— 本文至此結(jié)束,感謝閱讀 ————————

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文章名稱:GlusterFS分布式文件系統(tǒng)概述-創(chuàng)新互聯(lián)
轉(zhuǎn)載源于:http://aaarwkj.com/article6/gjiig.html

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