GlusterFS 存儲結(jié)構(gòu)原理介紹

一、分布式文件系統(tǒng)

    分布式文件系統(tǒng)（Distributed File System）是指文件系統(tǒng)管理的物理存儲資源并不直接與本地節(jié)點相連，而是分布于計算網(wǎng)絡(luò)中的一個或者多個節(jié)點的計算機上。目前意義上的分布式文件系統(tǒng)大多都是由多個節(jié)點計算機構(gòu)成，結(jié)構(gòu)上是典型的客戶機/服務(wù)器模式。流行的模式是當(dāng)客戶機需要存儲數(shù)據(jù)時，服務(wù)器指引其將數(shù)據(jù)分散的存儲到多個存儲節(jié)點上，以提供更快的速度，更大的容量及更好的冗余特性。

    目前流行的分布式文件系統(tǒng)有許多，如MooseFS、OpenAFS、GoogleFS，具體實現(xiàn)原理我這里不再介紹。

二、GlusterFS概述

    GlusterFS系統(tǒng)是一個可擴展的網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，相比其他分布式文件系統(tǒng)，GlusterFS具有高擴展性、高可用性、高性能、可橫向擴展等特點，并且其沒有元數(shù)據(jù)服務(wù)器的設(shè)計，讓整個服務(wù)沒有單點故障的隱患。

術(shù)語：

• Brick:GFS中的存儲單元，通過是一個受信存儲池中的服務(wù)器的一個導(dǎo)出目錄?？梢酝ㄟ^主機名和目錄名來標(biāo)識，如'SERVER:EXPORT'

• Client:掛載了GFS卷的設(shè)備

• Extended Attributes:xattr是一個文件系統(tǒng)的特性，其支持用戶或程序關(guān)聯(lián)文件/目錄和元數(shù)據(jù)。

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

• Geo-Replication

• GFID:GFS卷中的每個文件或目錄都有一個唯一的128位的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，其用于模擬inode

• Namespace:每個Gluster卷都導(dǎo)出單個ns作為POSIX的掛載點

• Node:一個擁有若干brick的設(shè)備

• RDMA:遠程直接內(nèi)存訪問，支持不通過雙方的OS進行直接內(nèi)存訪問。

• RRDNS:round robin DNS是一種通過DNS輪轉(zhuǎn)返回不同的設(shè)備以進行負載均衡的方法

• Self-heal:用于后臺運行檢測復(fù)本卷中文件和目錄的不一致性并解決這些不一致。

• Split-brain:腦裂

• Translator:

• Volfile:glusterfs進程的配置文件，通常位于/var/lib/glusterd/vols/volname

• Volume:一組bricks的邏輯集合

1、無元數(shù)據(jù)設(shè)計

    元數(shù)據(jù)是用來描述一個文件或給定區(qū)塊在分布式文件系統(tǒng)中所在的位置，簡而言之就是某個文件或某個區(qū)塊存儲的位置。傳統(tǒng)分布式文件系統(tǒng)大都會設(shè)置元數(shù)據(jù)服務(wù)器或者功能相近的管理服務(wù)器，主要作用就是用來管理文件與數(shù)據(jù)區(qū)塊之間的存儲位置關(guān)系。相較其他分布式文件系統(tǒng)而言，GlusterFS并沒有集中或者分布式的元數(shù)據(jù)的概念，取而代之的是彈性哈希算法。集群中的任何服務(wù)器和客戶端都可以利用哈希算法、路徑及文件名進行計算，就可以對數(shù)據(jù)進行定位，并執(zhí)行讀寫訪問操作。

    這種設(shè)計帶來的好處是極大的提高了擴展性，同時也提高了系統(tǒng)的性能和可靠性；另一顯著的特點是如果給定確定的文件名，查找文件位置會非?？?。但是如果要列出文件或者目錄，性能會大幅下降，因為列出文件或者目錄時，需要查詢所在節(jié)點并對各節(jié)點中的信息進行聚合。此時有元數(shù)據(jù)服務(wù)的分布式文件系統(tǒng)的查詢效率反而會提高許多。

2、服務(wù)器間的部署

    在之前的版本中服務(wù)器間的關(guān)系是對等的，也就是說每個節(jié)點服務(wù)器都掌握了集群的配置信息，這樣做的好處是每個節(jié)點度擁有節(jié)點的配置信息，高度自治，所有信息都可以在本地查詢。每個節(jié)點的信息更新都會向其他節(jié)點通告，保證節(jié)點間信息的一致性。但如果集群規(guī)模較大，節(jié)點眾多時，信息同步的效率就會下降，節(jié)點信息的非一致性概率就會大大提高。因此GlusterFS未來的版本有向集中式管理變化的趨勢。

3、客戶端訪問流程

    當(dāng)客戶端訪問GlusterFS存儲時，首先程序通過訪問掛載點的形式讀寫數(shù)據(jù)，對于用戶和程序而言，集群文件系統(tǒng)是透明的，用戶和程序根本感覺不到文件系統(tǒng)是本地還是在遠程服務(wù)器上。讀寫操作將會被交給VFS(Virtual File System)來處理，VFS會將請求交給FUSE內(nèi)核模塊，而FUSE又會通過設(shè)備/dev/fuse將數(shù)據(jù)交給GlusterFS Client。最后經(jīng)過GlusterFS Client的計算，并最終經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)將請求或數(shù)據(jù)發(fā)送到GlusterFS Server上。

三、GlusterFS集群的模式

    GlusterFS 集群的模式只數(shù)據(jù)在集群中的存放結(jié)構(gòu)，類似于磁盤陣列中的級別。

1、分布式卷（Distributed Volume）

    又稱哈希卷，近似于RAID0，文件沒有分片，文件根據(jù)hash算法寫入各個節(jié)點的硬盤上，優(yōu)點是容量大，缺點是沒冗余。

    創(chuàng)建卷指令如下：

gluster volume create test-volume server1:/exp1 server2:/exp2 server3:/exp3 server4:/exp4

2、復(fù)制卷（Replicated Volume）

    相當(dāng)于raid1，復(fù)制的份數(shù)，決定集群的大小，通常與分布式卷或者條帶卷組合使用，解決前兩種存儲卷的冗余缺陷。缺點是磁盤利用率低。

    復(fù)本卷在創(chuàng)建時可指定復(fù)本的數(shù)量，通常為2或者3，復(fù)本在存儲時會在卷的不同brick上，因此有幾個復(fù)本就必須提供至少多個brick，當(dāng)其中一臺服務(wù)器失效后，可以從另一臺服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)，因此復(fù)制GlusterFS卷提高了數(shù)據(jù)可靠性的同事，還提供了數(shù)據(jù)冗余的功能。

    創(chuàng)建卷指令如下：

gluster volume create test-volume replica 2 transport tcp server1:/exp1 server2:/exp2

3、分布式復(fù)制卷（Distributed Replicated Volume）

   分布式復(fù)制GlusterFS卷結(jié)合了分布式和復(fù)制Gluster卷的特點，看起來類似RAID10，但其實不同，RAID10其實質(zhì)是條帶化，但分布式復(fù)制GlusterFS卷則沒有。

    創(chuàng)建卷指令如下：

gluster volume create test-volume replica 2 transport tcp server1:/exp1 server2:/exp2 server3:/exp3 server4:/exp4

4、條帶卷（Striped Volume）

    相當(dāng)于raid0，文件是分片均勻?qū)懺诟鱾€節(jié)點的硬盤上的，優(yōu)點是分布式讀寫，性能整體較好。缺點是沒冗余，分片隨機讀寫可能會導(dǎo)致硬盤IOPS飽和。

    創(chuàng)建卷指令如下：

gluster volume create test-volume stripe 2 transport tcp server1:/exp1 server2:/exp2

5、分布式條帶卷（Distributed Striped Volume）

    當(dāng)單個文件的體型十分巨大，客戶端數(shù)量更多時，條帶卷已經(jīng)無法滿足需求，此時將分布式與條帶化結(jié)合起來是一個比較好的選擇。其性能與服務(wù)器數(shù)量有關(guān)。

    創(chuàng)建卷指令如下：

gluster volume create test-volume stripe 4 transport tcp server1:/exp1 server2:/exp2 server3:/exp3 server4:/exp4 server5:/exp5 server6:/exp6 server7:/exp7 server8:/exp8

參考文檔：http://gluster.readthedocs.io/en/latest/Quick-Start-Guide/Architecture/

四、GlusterFS 的安裝與應(yīng)用，請點擊查看

http://wzlinux.blog.51cto.com/8021085/1949619