NameNode、SecondaryNameNode详解
- 5.1 NN和2NN工作机制
- 5.2 Fsimage和Edits解析
- 5.3 CheckPoint时间设置
- 5.4 NameNode故障处理
- 5.5 集群安全模式
- 5.6 NameNode多目录配置
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
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。
1)第一阶段:NameNode启动
- 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。
- 客户端对元数据进行增删改的请求。
- NameNode 先在,日志中记录操作(只在最后追加,不修改),更新滚动日志。
- NameNode 然后再,在内存中对元数据进行增删改。
2)第二阶段:Secondary NameNode工作
- Secondary NameNode 询问 NameNode 是否需要CheckPoint。直接带回NameNode是否检查结果。
- Secondary NameNode请求执行CheckPoint。
- NameNode 滚动正在写的Edits日志。
- 将滚动前的编辑日志 和 镜像文件(fsimage)拷贝到Secondary NameNode。
- Secondary NameNode加载编辑日志和镜像文件到内存,并合并。
- 生成新的镜像文件fsimage.chkpoint。
- 拷贝fsimage.chkpoint到NameNode。
- NameNode将fsimage.chkpoint重新命名成fsimage。
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
NameNode被格式化之后,将在/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name/current
目录中产生如下文件
fsimage_0000000000000000000
fsimage_0000000000000000000.md5
seen_txid
VERSION
(1)Fsimage
文件:HDFS文件系统元数据的一个永久性的检查点,其中包含HDFS文件系统的所有目录和文件inode的序列化信息。
(2)Edits
文件:存放HDFS文件系统的所有更新操作的路径,文件系统客户端执行的所有写操作首先会被记录到Edits文件中。
(3)seen_txid文件保存的是一个数字,就是最后一个edits_的数字
(4)每次NameNode启动的时候都会将Fsimage文件读入内存,加载Edits里面的更新操作,保证内存中的元数据信息是最新的、同步的,可以看成NameNode启动的时候就将Fsimage和Edits文件进行了合并。
注意:每次重启NameNode都产生新的fsimage和edits文件。
1)oiv查看Fsimage文件
(1)查看oiv和oev命令
[qinjl@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
[qinjl@hadoop102 current]$ pwd
/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name/current
[qinjl@hadoop102 current]$ hdfs oiv -p XML -i fsimage_0000000000000000025 -o /opt/module/hadoop-3.1.3/fsimage.xml
[qinjl@hadoop102 current]$ cat /opt/module/hadoop-3.1.3/fsimage.xml
部分显示结果如下。
<inode>
<id>16386</id>
<type>DIRECTORY</type>
<name>user</name>
<mtime>1512722284477</mtime>
<permission>qinjl:supergroup:rwxr-xr-x</permission>
<nsquota>-1</nsquota>
<dsquota>-1</dsquota>
</inode>
<inode>
<id>16389</id>
<type>FILE</type>
<name>wc.input</name>
<replication>3</replication>
<mtime>1512722322219</mtime>
<atime>1512722321610</atime>
<perferredBlockSize>134217728</perferredBlockSize>
<permission>qinjl:supergroup:rw-r--r--</permission>
<blocks>
<block>
<id>1073741825</id>
<genstamp>1001</genstamp>
<numBytes>59</numBytes>
</block>
</blocks>
</inode >
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。
2)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
[qinjl@hadoop102 current]$ hdfs oev -p XML -i edits_0000000000000000012-0000000000000000013 -o /opt/module/hadoop-3.1.3/edits.xml
[qinjl@hadoop102 current]$ cat /opt/module/hadoop-3.1.3/edits.xml
部分显示结果如下。
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<EDITS>
<EDITS_VERSION>-63</EDITS_VERSION>
<RECORD>
<OPCODE>OP_START_LOG_SEGMENT</OPCODE>
<DATA>
<TXID>129</TXID>
</DATA>
</RECORD>
<RECORD>
<OPCODE>OP_ADD</OPCODE>
<DATA>
<TXID>130</TXID>
<LENGTH>0</LENGTH>
<INODEID>16407</INODEID>
<PATH>/hello7.txt</PATH>
<REPLICATION>2</REPLICATION>
<MTIME>1512943607866</MTIME>
<ATIME>1512943607866</ATIME>
<BLOCKSIZE>134217728</BLOCKSIZE>
<CLIENT_NAME>DFSClient_NONMAPREDUCE_-1544295051_1</CLIENT_NAME>
<CLIENT_MACHINE>192.168.1.5</CLIENT_MACHINE>
<OVERWRITE>true</OVERWRITE>
<PERMISSION_STATUS>
<USERNAME>qinjl</USERNAME>
<GROUPNAME>supergroup</GROUPNAME>
<MODE>420</MODE>
</PERMISSION_STATUS>
<RPC_CLIENTID>908eafd4-9aec-4288-96f1-e8011d181561</RPC_CLIENTID>
<RPC_CALLID>0</RPC_CALLID>
</DATA>
</RECORD>
<RECORD>
<OPCODE>OP_ADD_BLOCK</OPCODE>
<DATA>
<TXID>133</TXID>
<PATH>/hello7.txt</PATH>
<BLOCK>
<BLOCK_ID>1073741839</BLOCK_ID>
<NUM_BYTES>0</NUM_BYTES>
<GENSTAMP>1016</GENSTAMP>
</BLOCK>
<RPC_CLIENTID></RPC_CLIENTID>
<RPC_CALLID>-2</RPC_CALLID>
</DATA>
</RECORD>
</EDITS >
思考:NameNode如何确定下次开机启动的时候合并哪些Edits?
只会合并比fsimage编号大的edits文件.
5.3 CheckPoint时间设置
1)通常情况下,SecondaryNameNode 默认每隔一小时执行一次。
[hdfs-default.xml
]
<property>
<name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>
<value>3600s</value>
</property>
2)一分钟检查一次操作次数,当操作次数达到100万时,SecondaryNameNode执行一次。
<property>
<name>dfs.namenode.checkpoint.txns</name>
<value>1000000</value>
<description>操作动作次数</description>
</property>
<property>
<name>dfs.namenode.checkpoint.check.period</name>
<value>60s</value>
<description> 1分钟检查一次操作次数</description>
</property >
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。
1)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-3.1.3/data/tmp/dfs/name)
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ rm -rf /opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name/*
(3)拷贝SecondaryNameNode中数据到原NameNode存储数据目录
[qinjl@hadoop102 dfs]$ scp -r qinjl@hadoop104:/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/namesecondary/* ./name/
(4)重新启动NameNode
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hdfs --daemon start namenode
2)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
<property>
<name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>
<value>120</value>
</property>
<property>
<name>dfs.namenode.name.dir</name>
<value>/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name</value>
</property>
(2)kill -9 NameNode进程
(3)删除NameNode存储的数据(/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name)
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ rm -rf /opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name/*
(4)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
[qinjl@hadoop102 dfs]$ scp -r qinjl@hadoop104:/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/namesecondary ./
[qinjl@hadoop102 namesecondary]$ rm -rf in_use.lock
[qinjl@hadoop102 dfs]$ pwd
/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs
[qinjl@hadoop102 dfs]$ ls
data name namesecondary
(5)导入检查点数据(等待一会ctrl+c结束掉)
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ bin/hdfs namenode -importCheckpoint
(6)启动NameNode
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hdfs --daemon start namenode
5.5 集群安全模式
1、NameNode启动
NameNode启动时,首先将镜像文件(Fsimage
)载入内存,并执行编辑日志(Edits
)中的各项操作。一旦在内存中成功建立文件系统元数据的映像,则创建一个新的Fsimage文件和一个空的编辑日志。此时,NameNode开始监听DataNode请求。这个过程期间,NameNode一直运行在安全模式,即NameNode的文件系统对于客户端来说是只读的。
2、DataNode启动
系统中的数据块的位置并不是由NameNode维护的,而是以块列表的形式存储在DataNode中。在系统的正常操作期间,NameNode会在内存中保留所有块位置的映射信息。在安全模式下,各个DataNode会向NameNode发送最新的块列表信息,NameNode了解到足够多的块位置信息之后,即可高效运行文件系统。
3、安全模式退出判断
如果满足“最小副本条件”,NameNode会在30秒钟之后就退出安全模式。所谓的最小副本条件指的是在整个文件系统中99.9%的块满足最小副本级别(默认值:dfs.replication.min=1)。在启动一个刚刚格式化的HDFS集群时,因为系统中还没有任何块,所以NameNode不会进入安全模式。
1)基本语法
集群处于安全模式,不能执行重要操作(写操作)。集群启动完成后,自动退出安全模式。
(1)bin/hdfs dfsadmin -safemode get (功能描述:查看安全模式状态)
(2)bin/hdfs dfsadmin -safemode enter (功能描述:进入安全模式状态)
(3)bin/hdfs dfsadmin -safemode leave (功能描述:离开安全模式状态)
(4)bin/hdfs dfsadmin -safemode wait (功能描述:等待安全模式状态)
2)案例
模拟等待安全模式
3)查看当前模式
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hdfs dfsadmin -safemode get
Safe mode is OFF
4)先进入安全模式
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ bin/hdfs dfsadmin -safemode enter
5)创建并执行下面的脚本
在/opt/module/hadoop-3.1.3路径上,编辑一个脚本safemode.sh
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ touch safemode.sh
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ vim safemode.sh
#!/bin/bash
hdfs dfsadmin -safemode wait
hdfs dfs -put /opt/module/hadoop-3.1.3/README.txt /
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ chmod 777 safemode.sh
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ ./safemode.sh
6)再打开一个窗口,执行
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ bin/hdfs dfsadmin -safemode leave
7)观察
8)再观察上一个窗口
Safe mode is OFF
9)HDFS集群上已经有上传的数据了。
5.6 NameNode多目录配置
1)NameNode的本地目录可以配置成多个,且每个目录存放内容相同,增加了可靠性
2)具体配置如下
(1)在hdfs-site.xml文件中添加如下内容
<property>
<name>dfs.namenode.name.dir</name>
<value>file://${hadoop.tmp.dir}/dfs/name1,file://${hadoop.tmp.dir}/dfs/name2</value>
</property>
(2)停止集群,删除三台节点的data和logs中所有数据。
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/
[qinjl@hadoop103 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/
[qinjl@hadoop104 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/
(3)格式化集群并启动。
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ bin/hdfs namenode --format
[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ sbin/start-dfs.sh
(4)查看结果
[qinjl@hadoop102 dfs]$ ll
总用量 12
drwx------. 3 qinjl qinjl 4096 12月 11 08:03 data
drwxrwxr-x. 3 qinjl qinjl 4096 12月 11 08:03 name1
drwxrwxr-x. 3 qinjl qinjl 4096 12月 11 08:03 name2