NameNode和SecondaryNameNode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。


NN和2NN的工作机制.jpg

  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在内存中对元数据进行增删改。
  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:

  • 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。

  2NN首先会询问NN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NN是否检查结果。2NN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2NN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。

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,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

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