【大数据开发】HDFS——hdfs原理、namenode、secondarynamenode、datanode、hdfs各类操作步骤总结day37

一、HDFS原理

（1）HDFS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
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

（2）HDFS写流程

1. 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
2. 步骤图

3. 详细步骤
   1、根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dn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，将整个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。

4. 问题

    1、传输blk1的过程中，dn3如果挂了，怎么处理？？？不做任何处理。如果dn3又重新启动了，怎么处理？？？
    在块报告时，namenode发出删除垃圾块指令
    
    2、客户端建立连接时，dn3连不上怎么办？？？
    向namenode重新要3个节点
    
    3、传输过程中，如果packet传输出错，怎么处理？？？
    包重新传输，最多重新传输4次
    
    4、如果blk1、blk2上传成功了，但是blk3上传失败了，怎么处理？？？上传blk3的时候，dn1挂了，怎么处理？？？
    整个文件被标记为无效，下次datanode上报块报告时，检查出那些节点上存在该文件的块，通知这些datanode删除块。
    
    5、上传blk3的过程中，如果客户端挂了怎么处理？？？  
    超时机制
   

（3）HDFS读流程

1. 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

2. 步骤图

3. 详细步骤
   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，先在本地缓存，然后写入目标文件

二、NAMENODE

（1）NAMENODE职责

1. 负责客户端请求的响应
2. 元数据的管理（查询，修改）
3. 管理datanode的状态

（2）元数据管理的3种形态

namenode对数据的管理采用了三种存储形式：

1. 内存元数据(NameSystem)
2. 磁盘元数据镜像文件fsimage
3. 数据操作日志文件（可通过日志运算出元数据）edits

（3）namenode的启动过程

namedode进程启动后

1. 加载fsimage()
2. 加载edits，namenade进入安全模式
3. 等待datanode启动并报告块的信息
4. datanode启动并发送块报告
5. namenode统计块的信息，检查配置项，当超过0.999时，等待15秒，退出安全模式
6. 保存fsimage
   
   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

namenode不适合存储大量小文件

（4）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

hdfs oev -i edits -o edits.xml
hdfs oiv -i fsimage_0000000000000000087 -p XML -o fsimage.xml

（5）问题

	1、如果集群的namenode宕机。hdfs的服务还能正常对外提供？？？
	不能
	
	2、如果namenode节点的磁盘损坏，元数据是否还能恢复？？？
	snn也包括fsimage，但这个文件不一定是最新的数据，如何还原最新的数据？？？
	namenode有备份节点

三、secondarynamenode

辅助namenode来进行日志的合并——checkpoint

（1）checkpoint过程

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）

1. snn检查是否可以丛checkpoint，并通知namenode
2. namenode立即回滚edits
3. namenode上传镜像、日志到snn
4. 内存合并元数据，先加载fsimage，后执行edits
5. 将内存中的数据溢写到磁盘
6. 将磁盘文件上传给namenode
7. namenode校验合并后的数据
8. 将checkpoint文件改名

四、datanode

（1）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）

<property>
	<name>dfs.blockreport.intervalMsec</name>
	<value>3600000</value>
	<description>Determines block reporting interval in milliseconds.</description>
</property>

（2）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。

<property>
        <name>heartbeat.recheck.interval</name>
        <value>2000</value>   ## 单位毫秒
</property>
<property>
        <name>dfs.heartbeat.interval</name>
        <value>1</value>   ##单位 秒
</property>

（3）块大小

块严格按照blocksize的大小来对文件进行物理上的切分

单个文件大小2G左右，经过测试能达到集群的最优性能。

五、总结

1. hdfs 的特点
   高扩展性、搞容错性、移动计算而不是移动数据
   不适合小文件、不适合低延迟的需求

2. hafs的安装步骤
   ---- 先决条件：

    	（1）创建一个普通用户
    	（2）安装JDK
    	（3）关闭防护墙
    	（4）配置静态ip
    	（5）设置hostname
    	（6）配置hosts映射关系
    	（7）ssh免密
   

   ---- 安装步骤：

    	（1）解压安装包
    	（2）配置环境变量
    	（3）配置hadoop的运行环境hadoop-env.sh
    	（4）配置hadoop的核心配置core-site.xml
    	（5）配置hadoop的核心配置hdfs-site.xml
    	（6）配置yarn的核心配置yarn-site.xml
    	（7）配置MapReduce的核心配置mapred-site.xml
    	（8）配置从机slaves
   

   ---- 分发安装包
   ---- namenodr的初始化——实际是生成一个空的fsimage文件
   若需要重新初始化，则需要删除所有节点上的dfs目录
   ---- 批量启动：

    	start-dfs.sh
    	start-yarn.sh
    	start-all.sh
    	
    	start-yarn.sh在启动resourcemanager时一定第启动本机
    	start-dfs.sh所有的角色都是通过ssh方式启动的
   

   ---- 单节点启动：

    	hadoop-daemon.sh start | stop namenode | datanode | secondarynamenode.....
    	hadoop-daemons.sh start | stop namenode | datanode | secondarynamenode...
    	
    	yarn-daemon.sh start | stop | nodemanager
    	yarn-daemons.sh start | stop | nodemanager
   

   ---- hadoop的端口号

    	8020/9000：对客户端暴露的端口号
    	50070/50090：web ui的监控端口
    	50010：datanode对客户端暴露的端口
    
    	803X：yarn相关的端口号
    	8088：web ui的监控端口
    
    	100020/19888：jobhistoryserver相关的端口号
   

   ---- hdfs shell命令

    	hdfs dfs -
    	hadoop fs -
    	hadoop dfsadmin -
    	fsck：磁盘操作
    	oev：浏览edits文件
    	oiv：浏览fsimage文件
    	hdfs
   

   ---- 读写流程：原理（重点）
   ---- 工作机制（重点）

    	namenode的职责
    	hdfs的启动过程
    	namenode的工作机制
    	secondarynamenode的工作职责和
   

   ---- fsimage和edits文件

    	fsimage保留了最新的2个版本
    	edits保留了最近的100万次操作
   

   ---

问题：hdfs和集群是否可以分开？
可以，启动的时候分别在namemode和resourcemanager上执行start- 命令