分布式存储原理

目录

  • 介绍
    • Hadoop的历史
    • 大数据
    • 大数据技术
  • 原理
    • 分布式存储
      • 关键词
      • 搭建集群的三种模式
        • 伪分布式
        • 完全分布式
        • 高可用完全分布式
          • 高可用完全分布式搭建教程
          • 安全模式
      • 各个角色作用
        • NameNode
        • DataNode
        • SecondaryNameNode
        • zkfc
        • journalnode
        • 备用的NameNode
      • HDFS的读写流程
        • 写的流程
        • 读的流程
      • 备份机制
        • 权限
      • HDFS优缺点
        • 优点
        • 缺点
  • 思维导图

介绍

Hadoop的历史

说道hadoop的历史,就要提到Google公布的GFS、MapReduce和BigTable三篇技术论文,它们被称为三驾马车。第一个提供全文文本搜索的开源函数库Lucene的创始人——Doug Cutting对其做了主要的开源实现。再后来,Apache基金会整合Doug Cutting和一众IT公司的贡献成果,开发并推出了Hadoop生态系统。

Hadoop的生态圈包括hdfs、mapreduce、yarn、common。

大数据

短时间内快速的产生海量的多种多样的有价值的数据

大数据技术

  • 分布式存储
  • 分布式计算(多台服务器并行计算)
  1. 分布式的批处理
    攒一段时间的数据,在未来的某一个时间来处理这批数据
  2. 分布式的流处理
    数据不需要攒,每产生一条数据,立马对这条数据进行处理,将结果推送前端页面存储到数据库中形成报表给老板
    eg:11.11天猫大屏幕 QQ实时在线分布情况
    (看到的时候都是有误差的,报表才是精准值)
  3. 机器学习 包含深度学习(神经网络)
    机器学习是一门新兴技术,凡是预测类的工作需要用到机器学习

原理

分布式存储

关键词

  • NameNode、 SecondaryNameNode、DataNode、block(最小存储单元)
  • 备份机制:解决数据安全
  • 权限
  • 安全模式
  • 读写流程
    分布式存储原理_第1张图片

搭建集群的三种模式

伪分布式

测试环境使用

完全分布式

完全分布式搭建教程

高可用完全分布式

高可用完全分布式搭建教程
安全模式
  1. 加载fsimage
  2. 如果edits内容不为空,则NameNode自己来合并
  3. 检查DataNode的健康情况
  4. 检查各个节点上的blcok块以及副本是否符合要求,如果不符合要求,指挥存储数据丢失的DN做备份。
  5. 如果DN挂掉,则指挥做备份

各个角色作用

NameNode

  1. 掌控全局,管理DataNode以及元数据
  2. 管理元数据(存储在内存中):
    • )文件的上传时间文件的上传时间
    • )权限
    • )文件属主
    • )上传文件的block数以及blockID
    • )block的位置信息(由DataNode在集群启动时汇报,不会持久化)
    • )DN的心跳信息
    • )DN的位置信息
  3. 接受客户端的读写请求
  4. 收集DataNode汇报的block列表信息
  5. NameNode保存的metedata信息包括:
    - 文件owership和permissions
    - 文件大小,时间
    - (block列表:blockID)
    - Block副本位置(由DataNode上报)

DataNode

  1. 存储block模块
  2. 接收客户端的读请求
  3. 向active NN汇报心跳
  4. 构建pipeline
  5. 管理本机上的block元数据

SecondaryNameNode

  • NameNode元数据位于内存中,但是内存不稳定,所以将数据持久化到磁盘中
    分布式存储原理_第2张图片

  • 合并触发机制:

    1. 超过3600毫秒
    2. 如果edit文件超过64M
  • 合并流程

    1. 基于拉来的edits文件重演出产出元数据
    2. 将重演出的元数据合并到fsimage中
    3. 将合并后的fsimage推送给NN
    4. 将edits.new文件的后缀去掉
  • 注意:并不是所有的元数据都会持久化:

  1. 除了block的位置信息,其他的元数据都互持久化(变动频率高变动大)
    这样的话,当HDFS集群重启,namenode中的元数据就会有所缺失无法对外提供服务
  2. 解决:HDFS启动的时候,所有的DN都会向NN汇报当前节点的block信息

zkfc

  1. 监控各自的NameNode,将监控的情况汇报给ZK集群
  2. 接受zookeeper的选举结果,确认一下另外一个NN是否真的挂了,将自己监控的NameNode提升为active状态

journalnode

  1. 写数据的时候只要保证半数以上的节点成功就可以了
  2. 最终一致性/弱一致性
  3. 存储的是edits文件

备用的NameNode

  1. 监控journalnode中的数据变化,实时更新自己的内存元数据
  2. 将内存中的元数据持久化到fsimage中,推送到NameNode中。

HDFS的读写流程

写的流程

  1. 如果要上传一个大文件,client切割大文件,计算大文件block数,大文件地址/128M=block数量
  2. client对NameNode汇报:
    (1)当前大数据文件的block数
    (2)当前大文件属于谁 权限
    (3)上传时间
    for(Block block:bocks(大文件切割出来的Block)){
  3. client切割出来一个block
  4. client请求block块的Id号以及地址
  5. 因为NameNode能够掌控全局,管理所有的DN,所以它将负载不高的DN地址返回给client
  6. client拿到地址后找到DN去上传数据
  7. DN将block存储完毕之后会向NameNode汇报当前的存储情况
    }

client向DataNode写数据的详细流程
分布式存储原理_第3张图片
解释:NN返回给client一批地址以后,这些DN之间会形成一个pipelien管道
block切割形成一个packet(64K)之后以流形式源源不断的发送(类比生产流水线)

读的流程

备份机制

  • 原理图
    分布式存储原理_第4张图片
  1. 如果是集群外操作,第一个Block存储在负载不是很高的一台服务器上(默认128M dfs.blocksize,严格按照字节切割,如果存储的是中文,会出现乱码问题。);如果集群内操作,在本机
  2. 第一个备份的block存储在与第一个block不同机架的随机一个服务器上
  3. 第2个备份的block存储在与第一个备份相同的机架的随机服务器上
  4. 其他备份随机存

权限

依据系统的用户系统 ()

HDFS优缺点

优点

分布式存储原理_第5张图片

缺点

分布式存储原理_第6张图片

思维导图

分布式存储原理_第7张图片
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