一.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。
传统的分布式文件系统大多通过元服务器来存储元数据，元数据包含，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。而GlusterFS 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。
- 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。
二.特点
1.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.高可用性
（1）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。
（2）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。
3.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大的虛拟存储池，供前端主机访问这些节点完成数据读写操作。
4.弹性卷管理
（1）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。
（2）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。
（3）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。
5.基于标准协议
（1）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。
（2）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进行访问。
三.GlusterFS术语
1.Brick（块存储服务器）实际存储用户数据的服务器
2.Volume（逻辑卷）本地文件系统的"分区"
3.FUSE用户空间的文件系统（类别EXT4），”这是一个伪文件系统“，用户端的交换模块
4.VFS（虚拟端口）内核态的虚拟文件系统，用户是提交请求给VFS 然后VFS交给FUSH，再交给GFS客户端，最后由客户端交给远端的存储
5.Glusterd（服务）是运行再存储节点的进程（客户端运行的是gluster client）GFS使用过程中整个GFS之间的交换由Gluster client 和glusterd完成
使用GFS会使用到以上的虚拟文件系统
四.构成
模块化堆栈式架构
- 模块化、堆栈式的架构
- 通过对模块的组合，实现复杂的功能
1.API：应用程序编程接口
2.模块化：每个模块可以提供不同的功能
3.堆栈式：同时启用多个模块，多个功能可以组合，实现复杂的功能
1.I/O cache：I/O缓存
2.read ahead：内核文件预读
3.distribute/stripe：分布式、条带化
4.Gige：千兆网/千兆接口
5.TCP/IP：网络协议
6.InfiniBand：网络协议，与TCP/IP相比，TCP/IP具有转发丢失数据包的特性，基于此通信协议可能导致通信变慢，而IB使用基于信任的、流控制的机制来保证连接完整性
7.RDMA：负责数据传输，有一种数据传输协议，功能：为了解决传输过程中客户端与服务器端数据处理的延迟
解读上图：
上半部分为客户端，中间为网络层，下半部分为服务端
1.封装多个功能模块，组成堆栈式的结构，来实现复杂的功能
2.然后以请求的方式与客户端进行交互，客户端与服务端进行交互，由于可能会存在系统兼容问题，需要通过posix来解决系统兼容性问题，让客户端的命令通过posix过滤后可以在服务端执行
1.外来一个请求，例：用户端申请创建一个文件，客户端或应用程序通过GFS的挂载点访问数据
2.linux系统内容通过VFSAPI收到请求并处理
3.VFS将数据递交给FUSE内核文件系统，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
4.GlusterFS client端收到数据后，会根据配置文件的配置对数据进行处理
5.再通过网络，将数据发送给远端的ClusterFS server，并将数据写入到服务器储存设备上
6.server再将数据转交给VFS伪文件系统，再由VFS进行转存处理，最后交给EXT3
五.后端存储如何定位文件
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。
六.GFS支持的七种卷
1.分布式卷（Distribute volume）
- 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。
分布式卷具有如下特点:
（1）文件分布在不同的服务器，不具备冗余性。
（2）更容易和廉价地扩展卷的大小。
（3）单点故障会造成数据丢失。
（4）依赖底层的数据保护。
2.条带卷
- 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。
条带卷特点:
（1）数据被分割成更小块分布到块服务器群中的不同条带区。
（2）分布减少了负载且更小的文件加速了存取的速度。
（3）没有数据冗余。
3.复制卷
- 将文件同步到多个Brick上，使其具备多个文件副本，属于文件级RAID 1，具有容错能力。因为数据分散在多个Brick中，所以读性能得到很大提升，但写性能下降。
- 复制卷具备冗余性，即使一个节点损坏，也不影响数据的正常使用。但因为要保存副本，所以磁盘利用率较低。
复制卷特点:
（1）卷中所有的服务器均保存一个完整的副本。
（2）卷的副本数量可由客户创建的时候决定，但复制数必须等于卷中Brick所包含的存储服务器数。
（3）至少由两个块服务器或更多服务器。
（4）具备冗余性。
4.分布式条带卷
- BrickServer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。
- 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)
- 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。
5.分布式复制卷
- 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。
- 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)
6.条带复制卷
类似RAID10，同时具有条带卷和复制卷的特点。
7.分布式条带复制卷
三种基本卷的复合卷，通常用于类Map Reduce应用。
七.GFS部署
