HDFS


文章目录



4 HDFS的数据流

4.1 HDFS写数据流程

4.1.1 剖析文件写入

HDFS写数据流程

HDFS详解②_元数据

1）客户端通过Distributed FileSystem模块向NameNode请求上传文件，NameNode检查目标文件是否已存在，父目录是否存在。
2）NameNode返回是否可以上传。
3）客户端请求第一个 Block上传到哪几个DataNode服务器上。
4）NameNode返回3个DataNode节点，分别为dn1、dn2、dn3。
5）客户端通过FSDataOutputStream模块请求dn1上传数据，dn1收到请求会继续调用dn2，然后dn2调用dn3，将这个通信管道建立完成。
6）dn1、dn2、dn3逐级应答客户端。
7）客户端开始往dn1上传第一个Block（先从磁盘读取数据放到一个本地内存缓存），以Packet为单位，dn1收到一个Packet就会传给dn2，dn2传给dn3；dn1每传一个packet会放入一个应答队列等待应答。
8）当一个Block传输完成之后，客户端再次请求NameNode上传第二个Block的服务器。（重复执行3-7步）。

4.1.2 网络拓扑-节点距离计算

在HDFS写数据的过程中，NameNode会选择距离待上传数据最近距离的DataNode接收数据。那么这个最近距离怎么计算呢？
节点距离：两个节点到达最近的共同祖先的距离总和。
HDFS详解②_元数据_02

4.1.3 机架感知（副本存储节点选择）

  1. 官方ip地址
    机架感知说明
    ​​​ http://hadoop.apache.org/docs/r2.7.2/hadoop-project-dist/hadoop-hdfs/HdfsDesign.html#Data_Replication​​
  2. Hadoop2.7.2副本节点选择

HDFS详解②_hdfs_03

4.2 HDFS读数据流程

HDFS的读数据流程

HDFS详解②_元数据_04

1）客户端通过Distributed FileSystem向NameNode请求下载文件，NameNode通过查询元数据，找到文件块所在的DataNode地址。
2）挑选一台DataNode（就近原则，然后随机）服务器，请求读取数据。
3）DataNode开始传输数据给客户端（从磁盘里面读取数据输入流，以Packet为单位来做校验）。
4）客户端以Packet为单位接收，先在本地缓存，然后写入目标文件。

5 NameNode和SecondaryNameNode（面试开发重点）

5.1 NN和2NN工作机制

思考：NameNode中的元数据是存储在哪里的？

首先，我们做个假设，如果存储在NameNode节点的磁盘中，因为经常需要进行随机访问，还有响应客户请求，必然是效率过低。因此，元数据需要存放在内存中。但如果只存在内存中，一旦断电，元数据丢失，整个集群就无法工作了。因此产生在磁盘中备份元数据的FsImage。

这样又会带来新的问题，当在内存中的元数据更新时，如果同时更新FsImage，就会导致效率过低，但如果不更新，就会发生一致性问题，一旦NameNode节点断电，就会产生数据丢失。因此，引入Edits文件(只进行追加操作，效率很高)。每当元数据有更新或者添加元数据时，修改内存中的元数据并追加到Edits中。这样，一旦NameNode节点断电，可以通过FsImage和Edits的合并，合成元数据。

但是，如果长时间添加数据到Edits中，会导致该文件数据过大，效率降低，而且一旦断电，恢复元数据需要的时间过长。因此，需要定期进行FsImage和Edits的合并，如果这个操作由NameNode节点完成，又会效率过低。因此，引入一个新的节点SecondaryNamenode，专门用于FsImage和Edits的合并。

HDFS详解②_元数据_05

1. 第一阶段：NameNode启动

（1）第一次启动NameNode格式化后，创建Fsimage和Edits文件。如果不是第一次启动，直接加载编辑日志和镜像文件到内存。
（2）客户端对元数据进行增删改的请求。
（3）NameNode记录操作日志，更新滚动日志。
（4）NameNode在内存中对数据进行增删改。

2. 第二阶段：Secondary NameNode工作

（1）Secondary NameNode询问NameNode是否需要CheckPoint。直接带回NameNode是否检查结果。
（2）Secondary NameNode请求执行CheckPoint。
（3）NameNode滚动正在写的Edits日志。
（4）将滚动前的编辑日志和镜像文件拷贝到Secondary NameNode。
（5）Secondary NameNode加载编辑日志和镜像文件到内存，并合并。
（6）生成新的镜像文件fsimage.chkpoint。
（7）拷贝fsimage.chkpoint到NameNode。
（8）NameNode将fsimage.chkpoint重新命名成fsimage。

NN和2NN工作机制详解：

NN和2NN工作机制详解：
Fsimage：NameNode内存中元数据序列化后形成的文件。
Edits：记录客户端更新元数据信息的每一步操作（可通过Edits运算出元数据）。
NameNode启动时，先滚动Edits并生成一个空的edits.inprogress，然后加载Edits和Fsimage到内存中，
此时NameNode内存就持有最新的元数据信息。Client开始对NameNode发送元数据的增删改的请求，
这些请求的操作首先会被记录到edits.inprogress中（查询元数据的操作不会被记录在Edits中，因为查
询操作不会更改元数据信息），如果此时NameNode挂掉，重启后会从Edits中读取元数据的信息。然
后，NameNode会在内存中执行元数据的增删改的操作。

由于Edits中记录的操作会越来越多，Edits文件会越来越大，导致NameNode在启动加载Edits时会很慢
，所以需要对Edits和Fsimage进行合并（所谓合并，就是将Edits和Fsimage加载到内存中，照着Edits
中的操作一步步执行，最终形成新的Fsimage）。SecondaryNameNode的作用就是帮助NameNode进
行Edits和Fsimage的合并工作。

SecondaryNameNode首先会询问NameNode是否需要CheckPoint（触发CheckPoint需要满足两个条件
中的任意一个，定时时间到和Edits中数据写满了）。直接带回NameNode是否检查结果。
SecondaryNameNode执行CheckPoint操作，首先会让NameNode滚动Edits并生成一个空的edits.inprogress，
滚动Edits的目的是给Edits打个标记，以后所有新的操作都写入edits.inprogress，其他未合并的Edits和Fsimage
会拷贝到SecondaryNameNode的本地，然后将拷贝的Edits和Fsimage加载到内存中进行合并，生成fsimage.chkpoint，
然后将fsimage.chkpoint拷贝给NameNode，重命名为Fsimage后替换掉原来的Fsimage。NameNode
在启动时就只需要加载之前未合并的Edits和Fsimage即可，因为合并过的Edits中的元数据信息已经被记录在Fsimage中。

5.2 Fsimage和Edits解析

5.2.1. 概念

HDFS详解②_hdfs_06

5.2.2 oiv查看Fsimage文件

（1）查看oiv和oev命令

[atguigu@hadoop102 current]$ hdfs
oiv            apply the offline fsimage viewer to an fsimage
oev            apply the offline edits viewer to an edits file

（2）基本语法
hdfs oiv -p 文件类型 -i镜像文件 -o 转换后文件输出路径

（3）案例实操

[atguigu@hadoop102 current]$ pwd
/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name/current

[atguigu@hadoop102 current]$ hdfs oiv -p XML -i fsimage_0000000000000000025 -o /opt/module/hadoop-2.7.2/fsimage.xml

[atguigu@hadoop102 current]$ cat /opt/module/hadoop-2.7.2/fsimage.xml

将显示的xml文件内容拷贝到Eclipse中创建的xml文件中，并格式化。部分显示结果如下。


  16386
  DIRECTORY
  user
  1512722284477
  atguigu:supergroup:rwxr-xr-x
  -1
  -1


  16387
  DIRECTORY
  atguigu
  1512790549080
  atguigu:supergroup:rwxr-xr-x
  -1
  -1


  16389
  FILE
  wc.input
  3
  1512722322219
  1512722321610
  134217728
  atguigu:supergroup:rw-r--r--
  
    
      1073741825
      1001
      59

思考：可以看出，Fsimage中没有记录块所对应DataNode，为什么？
在集群启动后，要求DataNode上报数据块信息，并间隔一段时间后再次上报。

5.2.3 oev查看Edits文件

（1）基本语法
hdfs oev -p 文件类型 -i编辑日志 -o 转换后文件输出路径

（2）案例实操

[atguigu@hadoop102 current]$ hdfs oev -p XML -i edits_0000000000000000012-0000000000000000013 -o /opt/module/hadoop-2.7.2/edits.xml

[atguigu@hadoop102 current]$ cat /opt/module/hadoop-2.7.2/edits.xml

将显示的xml文件内容拷贝到Eclipse中创建的xml文件中，并格式化。显示结果如下。



  -63
  
    OP_START_LOG_SEGMENT
    
      129
    
  
  
    OP_ADD
    
      130
      0
      16407
      /hello7.txt
      2
      1512943607866
      1512943607866
      134217728
      DFSClient_NONMAPREDUCE_-1544295051_1
      192.168.1.5
      true
      
        atguigu
        supergroup
        420
      
      908eafd4-9aec-4288-96f1-e8011d181561
      0
    
  
  
    OP_ALLOCATE_BLOCK_ID
    
      131
      1073741839
    
  
  
    OP_SET_GENSTAMP_V2
    
      132
      1016
    
  
  
    OP_ADD_BLOCK
    
      133
      /hello7.txt
      
        1073741839
        0
        1016
      
      
      -2
    
  
  
    OP_CLOSE
    
      134
      0
      0
      /hello7.txt
      2
      1512943608761
      1512943607866
      134217728
      
      
      false
      
        1073741839
        25
        1016
      
      
        atguigu
        supergroup
        420

5.3 CheckPoint时间设置

（1）通常情况下，SecondaryNameNode每隔一小时执行一次。
[hdfs-default.xml]


  dfs.namenode.checkpoint.period
  3600

（2）一分钟检查一次操作次数，3当操作次数达到1百万时，SecondaryNameNode执行一次。


  dfs.namenode.checkpoint.txns
  1000000
操作动作次数



  dfs.namenode.checkpoint.check.period
  60
 1分钟检查一次操作次数

5.4 NameNode故障处理

NameNode故障后，可以采用如下两种方法恢复数据。

方法一：将SecondaryNameNode中数据拷贝到NameNode存储数据的目录；

  1. kill -9 NameNode进程
  2. 删除NameNode存储的数据（/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name）
[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ rm -rf /opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name/*
  1. 拷贝SecondaryNameNode中数据到原NameNode存储数据目录
[atguigu@hadoop102 dfs]$ scp -r atguigu@hadoop104:/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/namesecondary/* ./name/
  1. 重新启动NameNode
[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ sbin/hadoop-daemon.sh start namenode

方法二：使用-importCheckpoint选项启动NameNode守护进程，从而将SecondaryNameNode中数据拷贝到NameNode目录中。

1.修改hdfs-site.xml中的


  dfs.namenode.checkpoint.period
  120



  dfs.namenode.name.dir
  /opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name

  1. kill -9 NameNode进程
  2. 删除NameNode存储的数据（/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name）
[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ rm -rf /opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name/*
  1. 如果SecondaryNameNode不和NameNode在一个主机节点上，需要将SecondaryNameNode存储数据的目录拷贝到NameNode存储数据的平级目录，并删除in_use.lock文件
[atguigu@hadoop102 dfs]$ scp -r atguigu@hadoop104:/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/namesecondary ./

[atguigu@hadoop102 namesecondary]$ rm -rf in_use.lock

[atguigu@hadoop102 dfs]$ pwd
/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs

[atguigu@hadoop102 dfs]$ ls
data  name  namesecondary
  1. 导入检查点数据（等待一会ctrl+c结束掉）
[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ bin/hdfs namenode -importCheckpoint
  1. 启动NameNode
[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ sbin/hadoop-daemon.sh start namenode