GFS分布式文件系统
1. 设计目标
- 高可用性和容错性：GFS设计时就考虑到了硬件故障的普遍存在，通过数据复制和容错机制来保证系统的高可用性。
- 高性能：为了处理大量数据和高并发访问，GFS通过多路复用和数据分片来提升性能。
- 扩展性：GFS可以通过增加节点来轻松扩展存储和计算能力。
- 支持大文件：GFS特别适合处理大文件和大数据量的情况，优化了对大文件的存储和读取。
2. 架构
GFS的架构由以下三个主要组件组成：
2.1 Master（主服务器）
- 管理元数据：Master服务器负责管理文件系统的元数据，包括文件和块的命名空间、块的位置、文件与块的映射等。
- 协调操作：Master协调客户端与Chunkserver之间的操作，如读写请求、块复制等。
- 定期操作：Master会定期执行垃圾回收、数据平衡等维护操作，以保证系统的稳定运行。
2.2 Chunkserver（块服务器）
- 存储数据块：Chunkserver负责存储实际的数据块，每个块默认大小为64MB。
- 处理读写请求：Chunkserver直接处理来自客户端的读写请求，并与其他Chunkserver协作进行块复制和故障恢复。
- 心跳机制：Chunkserver定期向Master发送心跳信息，报告自身状态和块的存储情况。
2.3 Client（客户端）
- 请求处理：客户端向Master请求文件的元数据信息（如块的位置），然后直接与Chunkserver交互进行数据的读写操作。
- 缓存元数据：客户端会缓存从Master获取的元数据，以减少与Master的交互频率，提升效率。
3. 数据存储与操作
3.1 数据块（Chunk）
- 数据分块：GFS将文件分割成固定大小的块（通常为64MB），每个块有一个唯一的块标识符。
- 块复制：每个数据块在多个Chunkserver上保存副本（默认是3个），以提高容错性和可用性。
3.2 读操作
- 请求元数据：客户端首先向Master请求文件元数据，获得文件中各个块的位置和副本信息。
- 读取数据块：客户端直接向存储数据块的Chunkserver请求数据，进行数据读取。
- 容错处理：如果某个Chunkserver不可用，客户端会尝试从其他副本所在的Chunkserver读取数据。
3.3 写操作
- 请求元数据：客户端向Master请求文件元数据，获取要写入块的位置信息。
- 锁定块：Master分配写锁，保证同一时间只有一个客户端对同一块进行写操作。
- 写入数据：客户端将数据写入所有副本所在的Chunkserver，采用流水线方式进行写入，保证数据一致性。
- 确认写入：所有副本成功写入后，Chunkserver向客户端确认写操作完成。
4. 容错与恢复
- 心跳机制：Chunkserver定期向Master发送心跳信息，报告自身状态和块的存储情况。如果某个Chunkserver长时间没有发送心跳，Master会认为其失效，并启动块恢复过程。
- 块复制：Master会监控每个数据块的副本数量，如果某个块的副本数量低于阈值，会在其他Chunkserver上创建新的副本。
- 数据校验：GFS使用校验和（checksum）机制来验证数据块的完整性，如果发现数据损坏，会从其他副本中恢复数据。
5. 优化与改进
- 读写优化：GFS针对大文件和大规模数据处理进行了多种优化，如读缓存、写流水线、并行处理等。
- 数据平衡：Master定期检查Chunkserver的负载情况，通过移动数据块实现负载均衡，保证系统性能稳定。
- 垃圾回收：Master定期执行垃圾回收操作，删除不再使用的数据块，释放存储空间。
GFS的设计和实现为大规模数据处理和分布式存储提供了可靠、高效的解决方案，广泛应用于Google的各类应用和服务中。其思想和架构也对后来的分布式文件系统（如HDFS）产生了深远的影响。
部署群集环境
1：准备环境（以node1为例，其他节点步骤相同，请自行配置）
（1）添加磁盘
按照表中所示，为node节点添加相应数量和大小的磁盘，并重启系统
（2）为所有节点的新磁盘分区
用fdisk命令为每个磁盘分区，分区步骤略
[root@localhost ~]# hostname node1
[root@localhost ~]# bash
[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdb
[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdc
[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdd
[root@localhost ~]# fdisk /dev/sde
[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdf
（2）为每个节点的每个磁盘格式化
[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
[root@localhost ~]# mkfs -t ext4 /dev/sdf1
（3）创建挂载点
[root@localhost ~]# mkdir /b3
[root@localhost ~]# mkdir /c4
[root@localhost ~]# mkdir /d5
[root@localhost ~]# mkdir /e6
[root@localhost ~]# mkdir /f7
（4）挂载磁盘
[root@localhost ~]# mount /dev/sdb1 /b3
[root@localhost ~]# mount /dev/sdc1 /c4
[root@localhost ~]# mount /dev/sdd1 /d5
[root@localhost ~]# mount /dev/sde1 /e6
[root@localhost ~]# mount /dev/sde1 /f7
（5）修改fstab文件，使挂载永久生效
[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
/dev/sde1 /f7 ext4 defaults 0 0
（6）在所有节点上关闭防火墙和selinux
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# setenforce 0
（7）在所有节点上修改hosts文件
[root@localhost ~]# cat <<EOF> /etc/hosts
192.168.10.101 node1
192.168.10.102 node2
192.168.10.103 node3
192.168.10.104 node4
192.168.10.105 node5
192.168.10.106 node6
EOF
（8）配置yum仓库
连接阿里的yum源
yum -y install wget
wget -O /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo https://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo
wget -O /etc/yum.repos.d/epel.repo https://mirrors.aliyun.com/repo/epel-7.repo
yum install centos-release-gluster
2：在所有节点上安装gfs
[root@localhost ~]# yum -y install glusterfs glusterfs-server glusterfs-fuse glusterfs-rdma
注释：
glusterfs：gluster客户端主程序
glusterfs-server：gluster服务端主程序
glusterfs-fuse：Filesystem Userspace是一个可加载的内核模块，其支持非特权用户创建自己的文件系统而不需要修改内核代码。通过在用户空间运行文件系统的代码通过FUSE代码与内核进行桥接。
glusterfs-rdma：为gluster提供远程直接内存访问，支持不通过双方的OS进行直接内存访问。
3：在所有节点上启动GFS
[root@localhost ~]# systemctl start glusterd.service
[root@localhost ~]# systemctl enable glusterd.service
4：添加节点（只在node1节点上）
[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.
[root@localhost ~]# gluster peer probe node5
peer probe: success.
[root@localhost ~]# gluster peer probe node6
peer probe: success.
5：在每个节点上查看状态
[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)
创建卷
1：创建分布式卷（在node1上）
注释：默认创建的就是分布式卷
[root@localhost ~]# gluster volume create dist-volume node1:/e6 node2:/e6 force
[root@localhost ~]# gluster volume info dist-volume
Volume Name: dist-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 dist-volume
2：创建复制卷
注释：复制卷要求复制的数量和Brick Server的数量（node的数量）相同
[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
3：分散卷
gluster volume create disp-volume disperse 3 redundancy 1 node1:/b3 node2:/b3 node3:/d3 force
[root@localhost ~]# gluster volume info disp-volume
[root@localhost ~]# gluster volume start disp-volume
备注：
用三个分区创建分散卷，允许一个分区失效
分散卷中每三个brick允许有一个失效（3*1或6*2）
是基于ErasureCodes（纠错码）的一种新类型的Volume（3.6版本正式发布该特性），类似于RAID5/6。通过配置Redundancy（冗余）级别提高可靠性，在保证较高的可靠性同时，可以提升物理存储空间的利用率。redundancy 必须大于0，并且bricks的总数必须大于2 *redundancy 。 这意味着dispersed卷必须至少包含3个bricks。类似raid5/raid6，防止单点故障(HA),提升IO性能(LB)。
disperse 3 redundancy 1：需要3个brick
disperse 4 redundancy 1：需要4个brick
每个分散卷至少3个brick，冗余级别最小为1（一个brick失效）
在创建Dispersed volume时，如若redundancy值设置为0，则Dispersed volume等同于分布式卷，若redundancy设置为#Bricks/2，则Dispersed volume等同于复制卷，因此，在创建Dispersed volume时，redundancy值的设定应遵循以下公式：
0< redundancy<#Bricks /2
(disperse-data)+redundancy=disperse
1）3 bricks，创建Dispersed Type为1*(2+1)，存储磁盘空间利用率66.7%；
2）10bricks，创建Dispersed Type为2*(4+1)的卷，存储磁盘空间利用率为80%。
备注：
原来的条带卷，在6的版本以后不在支持
gluster volume create strip-volume stripe 2 node1:/d5 node2:/d5 force
4：创建分布式复制卷
注释：分布式复制卷要求Brick Server的数量必须是复制数的倍数（两倍或更高的倍数）
[root@localhost ~]# gluster volume create dist-rep replica 2 node1:/c4 node2:/c4 node3:/c4 node4:/c4 force
[root@localhost ~]# gluster volume info dist-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 dist-rep
5：分布式分散卷
gluster volume create dist-disp disperse 3 redundancy 1 node1:/f7 node2:/f7 node3:/f7 node4:/f7 node5:/f7 node6:/f7 force
gluster volume start dist-disp
备注：
分布式分散卷需要用六个节点，每三个节点做一个分散卷，两组分散卷做成复制卷
部署GFS客户端
1：安装客户端软件
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# setenforce 0
[root@localhost ~]# systemctl disable firewalld
[root@localhost ~]# yum -y install glusterfs glusterfs-fuse
注释：上面两个包centos7系统已经默认安装过了
2：创建挂载目录
[root@localhost ~]# mkdir -p /test/{dist,rep,disp,dist_and_rep,dist_and_disp}
[root@localhost ~]# ls /test
3：修改hosts文件
[root@localhost ~]# cat <<EOF> /etc/hosts
192.168.10.101 node1
192.168.10.102 node2
192.168.10.103 node3
192.168.10.104 node4
192.168.10.105 node5
192.168.10.106 node6
4：挂载Gluster文件系统
[root@localhost ~]# mount -t glusterfs node1:dist-volume /test/dist
[root@localhost ~]# mount -t glusterfs node1:rep-volume /test/rep
[root@localhost ~]# mount -t glusterfs node1:disp-volume /test/disp
[root@localhost ~]# mount -t glusterfs node1:dist-rep /test/dist_and_rep
[root@localhost ~]# mount -t glusterfs node1:dist-disp /test/dist_and_disp
[root@localhost ~]# df -h
文件系统 容量 已用 可用 已用% 挂载点
文件系统 1K-块 已用 可用 已用% 挂载点
devtmpfs 1918628 0 1918628 0% /dev
tmpfs 1930632 0 1930632 0% /dev/shm
tmpfs 1930632 20224 1910408 2% /run
tmpfs 1930632 0 1930632 0% /sys/fs/cgroup
/dev/mapper/centos-root 203316228 6181216 197135012 4% /
/dev/loop0 4600876 4600876 0 100% /media/cdrom
/dev/sda2 2086912 153676 1933236 8% /boot
tmpfs 386128 0 386128 0% /run/user/0
node1:dist-volume 12121216 172504 11408120 2% /test/dist
node1:rep-volume 5028480 71844 4728444 2% /test/rep
node1:dis-rep 8123776 116168 7636752 2% /test/dis_and_rep
node1:disp-volume 6059552 81176 5691736 2% /test/disp
node1:dis-disp 28370912 416992 26704304 2% /test/dis_and_disp
5：修改fstab配置文件
[root@localhost ~]# vi /etc/fstab
在末尾添加：
node1:dist-volume /test/dist glusterfs defaules,_netdev 0 0
node1:rep-volume /test/rep glusterfs defaules,_netdev 0 0
node1:dist-rep /test/dist_and_rep glusterfs defaules,_netdev 0 0
node1:disp-volume /test/disp glusterfs defaules,_netdev 0 0
node1:disp-rep /test/disp_and_rep glusterfs defaules,_netdev 0 0
在客户端测试Gluster文件系统
1：在卷中写入文件
（1）创建测试文件
dd if=/dev/zero of=/root/demo1.log bs=1M count=43
dd if=/dev/zero of=/root/demo2.log bs=1M count=43
dd if=/dev/zero of=/root/demo3.log bs=1M count=43
dd if=/dev/zero of=/root/demo4.log bs=1M count=43
dd if=/dev/zero of=/root/demo5.log bs=1M count=43
（2）卷中写入文件
[root@localhost ~]# cp demo* /test/dist/
[root@localhost ~]# cp demo* /test/rep/
[root@localhost ~]# cp demo* /test/dist_and_rep/
2：查看文件分布
（1）在node1和node2中查看分布式卷文件分布
node1：
[root@localhost ~]# ll -h /e6
总用量 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
总用量 44M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:06 demo5.log
（3）在node3和node4中查看复制卷文件分布
node3：
[root@localhost ~]# ll -h /d5
总用量 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
总用量 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
（5）在node1、node2、node3、node4中查看分布式复制卷文件分布
node1：
[root@localhost ~]# ll -h /c4
总用量 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
总用量 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
总用量 44M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo5.log
node4：
[root@localhost ~]# ll -h /c4
总用量 44M
-rw-r--r--. 2 root root 43M 4月 17 22:07 demo5.log
破坏性测试
（1）挂起node2节点，在客户端上测试各个文件是否可以正常使用
（2）再挂起node4，在客户端继续测试各个文件的读取
其他维护命令
1：查看GFS卷
[root@localhost ~]# gluster volume list
dist-rep
dist-disp
dist-volume
rep-volume
disp-volume
[root@localhost ~]# gluster volume info
[root@localhost ~]# gluster volume status
2：停止删除卷
[root@localhost ~]# gluster volume stop dist-volume
Stopping volume will make its data inaccessible. Do you want to continue? (y/n) y
volume stop: dis-stripe: success
[root@localhost ~]# gluster volume delete dist
Deleting volume will erase all information about the volume. Do you want to continue? (y/n) y
volume delete: dis-stripe: failed: Some of the peers are down
3：设置卷的访问控制
[root@localhost ~]# gluster volume set dist-rep auth.allow 192.168.1.*,10.1.1.*
volume set: success
原文地址：https://blog.csdn.net/yiluo__/article/details/140568765
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