HDFS详解②

HDFS详解②

HDFS

文章目录

​​HDFS​​

​​4 HDFS的数据流​​

​​4.1 HDFS写数据流程​​

​​4.1.1 剖析文件写入​​​​4.1.2 网络拓扑-节点距离计算​​​​4.1.3 机架感知（副本存储节点选择）​​

​​4.2 HDFS读数据流程​​

​​5 NameNode和SecondaryNameNode（面试开发重点）​​

​​5.1 NN和2NN工作机制​​

​​1. 第一阶段：NameNode启动​​​​2. 第二阶段：Secondary NameNode工作​​

​​5.2 Fsimage和Edits解析​​

​​5.2.1. 概念​​​​5.2.2 oiv查看Fsimage文件​​​​5.2.3 oev查看Edits文件​​

​​5.3 CheckPoint时间设置​​​​5.4 NameNode故障处理​​

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

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

4.1.3 机架感知（副本存储节点选择）

官方ip地址机架感知说明​​​ HDFS读数据流程

HDFS的读数据流程

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。

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

5.2.2 oiv查看Fsimage文件

（1）查看oiv和oev命令

[atguigu@hadoop102 current]$ hdfsoiv apply the offline fsimage viewer to an fsimageoev 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；

kill -9 NameNode进程删除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/*

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/

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

kill -9 NameNode进程删除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/*

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]$ lsdata name namesecondary

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

启动NameNode

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ sbin/hadoop-daemon.sh start namenode

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