[Hadoop] HDFS 详解一（原理篇）

目录

• HDFS的工作机制
• 概述
• HDFS 写数据流程
• HDFS 读数据流程
• NameNode的工作机制
• NameNode的职责
• 元数据的管理
• DataNode的工作机制
• 概述
• 观察验证DataNode 功能

HDFS的工作机制

工作机制的学习主要是为加深对分布式系统的理解，以及增强遇到各种问题时的分析解决能力，形成一定的集群运维能力。

很多不是真正理解hadoop技术体系的人会常常觉得HDFS可用于网盘类应用，但实际并非如此。要想将技术准确用在恰当的地方，必须对技术有深刻的理解。

概述

• 1.HDFS集群分为两大角色：NameNode、DataNode
• 2.NameNode负责管理整个文件系统的元数据（元数据就是文件数据块放置在DataNode位置和数量等信息）
• 3.DataNode 负责管理用户的文件数据块
• 4.文件会按照固定的大小（blocksize）切成若干块后分布式存储在若干台datanode上
• 5.每一个文件块可以有多个副本，并存放在不同的datanode上
• 6.Datanode会定期向Namenode汇报自身所保存的文件block信息，而namenode则会负责保持文件的副本数量
• 7.HDFS的内部工作机制对客户端保持透明，客户端请求访问HDFS都是通过向namenode申请来进行

HDFS 写数据流程

• 概述
  客户端要向HDFS写数据，首先要跟Namenode通信以确认可以写文件并获得接收文件block的Datanode，然后，客户端按顺序将文件逐个block传递给相应Datanode，并由接收到block的Datanode负责向其他Datanode复制block的副本

HDFS写数据流程图

• 写数据步骤详解
  1、Client向Namenode通信请求上传文件，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、Client请求第一个 block该传输到哪些Datanode服务器上
  4、Namenode返回3个Datanode服务器ABC
  5、Client请求3台DataNode中的一台A上传数据（本质上是一个RPC调用，建立pipeline），A收到请求会继续调用B，然后B调用C，将真个pipeline建立完成，逐级返回客户端
  6、Client开始往A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，A收到一个packet就会传给B，B传给C；A每传一个packet会放入一个应答队列等待应答
  7、当一个block传输完成之后，Client再次请求Namenode上传第二个block的服务器。

HDFS 读数据流程

• 概述
  客户端将要读取的文件路径发送给namenode，namenode获取文件的元信息（主要是block的存放位置信息）返回给客户端，客户端根据返回的信息找到相应datanode逐个获取文件的block并在客户端本地进行数据追加合并从而获得整个文件

HDFS读数据流程图

• 读数据步骤详解
  1、跟namenode通信查询元数据，找到文件块所在的datanode服务器
  2、挑选一台datanode（就近原则，然后随机）服务器，请求建立socket流
  3、datanode开始发送数据（从磁盘里面读取数据放入流，以packet为单位来做校验）
  4、客户端以packet为单位接收，现在本地缓存，然后写入目标文件

NAMENODE工作机制

• NAMENODE职责

• 负责客户端请求的响应

• 元数据的管理（查询，修改）

• 元数据管理
  namenode对数据的管理采用了三种存储形式：

• 内存元数据(NameSystem)

• 磁盘元数据镜像文件

• 数据操作日志文件（可通过日志运算出元数据）

• 元数据存储机制

• A、内存中有一份完整的元数据(内存meta data)

• B、磁盘有一个“准完整”的元数据镜像（fsimage）文件(在namenode的工作目录中)

• C、用于衔接内存metadata和持久化元数据镜像fsimage之间的操作日志（edits文件）

  注：当客户端对hdfs中的文件进行新增或者修改操作，操作记录首先被记入edits日志文件中，当客户端操作成功后，相应的元数据会更新到内存meta.data中

• 元数据手动查看
  可以通过hdfs的一个工具来查看edits中的信息
  bin/hdfs oev -i edits -o edits.xml
bin/hdfs oiv -i fsimage_0000000000000000087 -p XML -o fsimage.xml

• 元数据的checkpoint
  每隔一段时间，会由secondary namenode将namenode上积累的所有edits和一个最新的fsimage下载到本地，并加载到内存进行merge（这个过程称为checkpoint）

• checkpoint的详细过程

checkpoint 流程图

• checkpoint操作的触发条件配置参数
  dfs.namenode.checkpoint.check.period=60 #检查触发条件是否满足的频率，60秒
  dfs.namenode.checkpoint.dir=file://${hadoop.tmp.dir}/dfs/namesecondary
  dfs.namenode.checkpoint.edits.dir=${dfs.namenode.checkpoint.dir} #以上两个参数做checkpoint操作时，secondary namenode的本地工作目录
  dfs.namenode.checkpoint.max-retries=3 #最大重试次数
  dfs.namenode.checkpoint.period=3600 #两次checkpoint之间的时间间隔3600秒
  dfs.namenode.checkpoint.txns=1000000 #两次checkpoint之间最大的操作记录

• checkpoint的附带作用
  namenode和secondary namenode的工作目录存储结构完全相同，所以，当namenode故障退出需要重新恢复时，可以从secondary namenode的工作目录中将fsimage拷贝到namenode的工作目录，以恢复namenode的元数据

DATANODE的工作机制

• 概述

• Datanode工作职责：
  1、存储管理用户的文件块数据
  2、定期向namenode汇报自身所持有的block信息（通过心跳信息上报）（这点很重要，因为，当集群中发生某些block副本失效时，集群如何恢复block初始副本数量的问题）

     
   dfs.blockreport.intervalMsec
   3600000 
   Determines block reporting interval in milliseconds.  
    
     
  

• Datanode掉线判断时限参数
  datanode进程死亡或者网络故障造成datanode无法与namenode通信，namenode不会立即把该节点判定为死亡，要经过一段时间，这段时间暂称作超时时长。HDFS默认的超时时长为10分钟+30秒。如果定义超时时间为timeout，则超时时长的计算公式为:
  timeout = 2 * heartbeat.recheck.interval + 10 * dfs.heartbeat.interval

  而默认的heartbeat.recheck.interval 大小为5分钟，dfs.heartbeat.interval默认为3秒。
  需要注意的是hdfs-site.xml 配置文件中的heartbeat.recheck.interval的单位为毫秒，dfs.heartbeat.interval的单位为秒。所以，举个例子，如果heartbeat.recheck.interval设置为5000（毫秒），dfs.heartbeat.interval设置为3（秒，默认），则总的超时时间为40秒。

           
             heartbeat.recheck.interval
             2000  
           
          
             dfs.heartbeat.interval  
             1
           
  

• 观察验证DATANODE功能
  上传一个文件，观察文件的block具体的物理存放情况：
  在每一台datanode机器上的这个目录中能找到文件的切块：
  /home/hadoop/app/hadoop-2.7.3/tmp/dfs/data/current/BP-193442119-192.168.88.3-1432458743457/current/finalized

作者：Singer_Au
链接：https://www.jianshu.com/p/855dff19fd66
來源：简书
简书著作权归作者所有，任何形式的转载都请联系作者获得授权并注明出处。

 

 

 

 

 

 

hdfs standby namenode checkpoint 的一些参数

 

dfs.namenode.checkpoint.period
--两次检查点创建之间的固定时间间隔，默认3600，即1小时。所以去ann snn 看到的fsimage 相隔1个小时。

dfs.namenode.checkpoint.txns
--standby namenode 检查的事务数量。若检查事务数达到这个值，也触发一次checkpoint，1,000,000。

以上两个参数都是触发snn checkpoint 的条件

dfs.namenode.checkpoint.check.period
--standby namenode检查是否满足建立checkpoint的条件的检查周期。默认60，即每1min检查一次。

dfs.namenode.num.checkpoints.retained
--在namenode上保存的fsimage的数目，超出的会被删除。默认保存2个。

dfs.namenode.num.checkpoints.retained
--最多能保存的edits文件个数，默认为1,000,000. 为防止standby namenode宕机导致edits文件堆积的情况，设置的限制。

dfs.ha.tail-edits.period
--standby namenode每隔多长时间去检测新的Edits文件。只检测完成了的Edits， 不检测inprogress的文件。default:60s

StandbyCheckpointer 的doWork（）
 SNN查看是否满足创建checkpoint 的条件：
1） 距离上次checkpoint的时间间隔 >= ${dfs.namenode.checkpoint.period}（
2） Edits中的事务条数达到${dfs.namenode.checkpoint.txns}限制
这两个条件任何一个被满足了，就触发一次checkpoint 创建。

也可以手动checkpoint ：

1. hdfs dfsadmin -safemode enter
 >Safe mode is ON in dev01/192.168.254.43:8020
 >Safe mode is ON in dev02/192.168.254.44:8020

2. hdfs dfsadmin -saveNamespace
  > Save namespace successful for dev01/192.168.254.43:8020
  > Save namespace successful for dev02/192.168.254.44:8020

3. hdfs dfsadmin -safemode leave
 >Safe mode is OFF in dev01/192.168.254.43:8020
 >Safe mode is OFF in dev02/192.168.254.44:8020

首先，checkpoint 之前要先进入安全模式。进入安全模式后，执行saveNamespace命令，他会把a-nn的fsimage 与 大于fsimage txid的editlog（包括finalized 与 in_progress的）合并成新的fsimage并落盘，然后新生成一个editlog。

checkpoint before:

checkpoint after: