HDFS
- 设计思想:分而治之:将大文件、大批量文件,分布式存放在大量服务器上,以便于采取分而治之的方式对海量数据进行运算分析;
- 在大数据系统中作用:为各类分布式运算框架(如:mapreduce,spark,tez,……)提供数据存储服务
- 重点概念:文件切块,副本存放,元数据
1. HDFS的概念和特性
首先,它是一个文件系统,用于存储文件,通过统一的命名空间——目录树来定位文件
其次,它是分布式的,由很多服务器联合起来实现其功能,集群中的服务器有各自的角色;
重要特性如下:
(1)HDFS中的文件在物理上是分块存储(block),块的大小可以通过配置参数( dfs.blocksize)来规定,默认大小在hadoop2.x版本中是128M,老版本中是64M
(2)HDFS文件系统会给客户端提供一个统一的抽象目录树,客户端通过路径来访问文件,形如:hdfs://namenode:port/dir-a/dir-b/dir-c/file.data
(3)目录结构及文件分块位置信息(元数据)的管理由namenode节点承担
——namenode是HDFS集群主节点,负责维护整个hdfs文件系统的目录树,以及每一个路径(文件)所对应的block块信息(block的id,及所在的datanode服务器
(4)文件的各个block的存储管理由datanode节点承担
---- datanode是HDFS集群从节点,每一个block都可以在多个datanode上存储多个副本(副本数量也可以通过参数设置dfs.replication,默认是3)
(5)HDFS是设计成适应一次写入,多次读出的场景,且不支持文件的修改
(注:适合用来做数据分析,并不适合用来做网盘应用,因为,不便修改,延迟大,网络开销大,成本太高)
******HDFS基本操作篇******
2. HDFS的shell(命令行客户端)操作
2.1 HDFS命令行客户端使用
HDFS提供shell命令行客户端,使用方法如下:
可以使用以下两种形式:
hadoop fs -… <args>
hdfs dfs -… <args>
命令行客户端支持的命令参数
[-appendToFile <localsrc> ... <dst>] [-cat [-ignoreCrc] <src> ...] [-checksum <src> ...] [-chgrp [-R] GROUP PATH...] [-chmod [-R] <MODE[,MODE]... | OCTALMODE> PATH...] [-chown [-R] [OWNER][:[GROUP]] PATH...] [-copyFromLocal [-f] [-p] <localsrc> ... <dst>] [-copyToLocal [-p] [-ignoreCrc] [-crc] <src> ... <localdst>] [-count [-q] <path> ...] [-cp [-f] [-p] <src> ... <dst>] [-createSnapshot <snapshotDir> [<snapshotName>]] [-deleteSnapshot <snapshotDir> <snapshotName>] [-df [-h] [<path> ...]] [-du [-s] [-h] <path> ...] [-expunge] [-get [-p] [-ignoreCrc] [-crc] <src> ... <localdst>] [-getfacl [-R] <path>] [-getmerge [-nl] <src> <localdst>] [-help [cmd ...]] [-ls [-d] [-h] [-R] [<path> ...]] [-mkdir [-p] <path> ...] [-moveFromLocal <localsrc> ... <dst>] [-moveToLocal <src> <localdst>] [-mv <src> ... <dst>] [-put [-f] [-p] <localsrc> ... <dst>] [-renameSnapshot <snapshotDir> <oldName> <newName>] [-rm [-f] [-r|-R] [-skipTrash] <src> ...] [-rmdir [--ignore-fail-on-non-empty] <dir> ...] [-setfacl [-R] [{-b|-k} {-m|-x <acl_spec>} <path>]|[--set <acl_spec> <path>]] [-setrep [-R] [-w] <rep> <path> ...] [-stat [format] <path> ...] [-tail [-f] <file>] [-test -[defsz] <path>] [-text [-ignoreCrc] <src> ...] [-touchz <path> ...] [-usage [cmd ...]] |
2.2 常用命令参数介绍
-help 功能:输出这个命令参数手册 |
-ls 功能:显示目录信息 示例: hadoop fs -ls hdfs://hadoop-server01:9000/ 备注:这些参数中,所有的hdfs路径都可以简写 -->hadoop fs -ls / 等同于上一条命令的效果 |
-mkdir 功能:在hdfs上创建目录 示例:hadoop fs -mkdir -p /aaa/bbb/cc/dd |
-moveFromLocal 功能:从本地剪切粘贴到hdfs 示例:hadoop fs - moveFromLocal /home/hadoop/a.txt /aaa/bbb/cc/dd -moveToLocal 功能:从hdfs剪切粘贴到本地 示例:hadoop fs - moveToLocal /aaa/bbb/cc/dd /home/hadoop/a.txt |
--appendToFile 功能:追加一个文件到已经存在的文件末尾 示例:hadoop fs -appendToFile ./hello.txt hdfs://hadoop-server01:9000/hello.txt 可以简写为: Hadoop fs -appendToFile ./hello.txt /hello.txt
|
-cat 功能:显示文件内容 示例:hadoop fs -cat /hello.txt
-tail 功能:显示一个文件的末尾 示例:hadoop fs -tail /weblog/access_log.1 -text 功能:以字符形式打印一个文件的内容 示例:hadoop fs -text /weblog/access_log.1 |
-chgrp -chmod -chown 功能:linux文件系统中的用法一样,对文件所属权限 示例: hadoop fs -chmod 666 /hello.txt hadoop fs -chown someuser:somegrp /hello.txt |
-copyFromLocal 功能:从本地文件系统中拷贝文件到hdfs路径去 示例:hadoop fs -copyFromLocal ./jdk.tar.gz /aaa/ -copyToLocal 功能:从hdfs拷贝到本地 示例:hadoop fs -copyToLocal /aaa/jdk.tar.gz |
-cp 功能:从hdfs的一个路径拷贝hdfs的另一个路径 示例: hadoop fs -cp /aaa/jdk.tar.gz /bbb/jdk.tar.gz.2 -mv 功能:在hdfs目录中移动文件 示例: hadoop fs -mv /aaa/jdk.tar.gz / |
-get 功能:等同于copyToLocal,就是从hdfs下载文件到本地 示例:hadoop fs -get /aaa/jdk.tar.gz - 功能:合并下载多个文件 示例:比getmerge 如hdfs的目录 /aaa/下有多个文件:log.1, log.2,log.3,... hadoop fs -getmerge /aaa/log.* ./log.sum |
-put 功能:等同于copyFromLocal 示例:hadoop fs -put /aaa/jdk.tar.gz /bbb/jdk.tar.gz.2 |
-rm 功能:删除文件或文件夹 示例:hadoop fs -rm -r /aaa/bbb/ -rmdir 功能:删除空目录 示例:hadoop fs -rmdir /aaa/bbb/ccc |
-df 功能:统计文件系统的可用空间信息 示例:hadoop fs -df -h / -du 功能:统计文件夹的大小信息 示例: hadoop fs -du -s -h /aaa/* |
-count 功能:统计一个指定目录下的文件节点数量 示例:hadoop fs -count /aaa/ |
-setrep 功能:设置hdfs中文件的副本数量 示例:hadoop fs -setrep 3 /aaa/jdk.tar.gz |
补充:查看dfs集群工作状态的命令
hdfs dfsadmin -report
官网查看:http://hadoop.apache.org/docs/r2.6.5/hadoop-project-dist/hadoop-common/FileSystemShell.html
******HDFS应用开发篇******
3. HDFS的java操作
hdfs在生产应用中主要是客户端的开发,其核心步骤是从hdfs提供的api中构造一个HDFS的访问客户端对象,然后通过该客户端对象操作(增删改查)HDFS上的文件
3.1 搭建开发环境
1、引入依赖
<dependencies> <dependency> <groupId>org.apache.hadoop</groupId> <artifactId>hadoop-common</artifactId> <version>2.6.4</version> </dependency> <dependency> <groupId>org.apache.hadoop</groupId> <artifactId>hadoop-hdfs</artifactId> <version>2.6.4</version> </dependency> <dependency> <groupId>org.apache.hadoop</groupId> <artifactId>hadoop-client</artifactId> <version>2.6.4</version> </dependency> </dependencies>
2、window下开发的说明注:如需手动引入jar包,hdfs的jar包----hadoop的安装目录的share下
建议在linux下进行hadoop应用的开发,不会存在兼容性问题。如在window上做客户端应用开发,需要设置以下环境:
A、用老师给的windows平台下编译的hadoop安装包解压一份到windows的任意一个目录下
B、在window系统中配置HADOOP_HOME指向你解压的安装包目录
C、在windows系统的path变量中加入HADOOP_HOME的bin目录
3.2 获取api中的客户端对象
在java中操作hdfs,首先要获得一个客户端实例
Configuration conf = new Configuration() FileSystem fs = FileSystem.get(conf)
而我们的操作目标是HDFS,所以获取到的fs对象应该是DistributedFileSystem的实例;
get方法是从何处判断具体实例化那种客户端类呢?
——从conf中的一个参数 fs.defaultFS的配置值判断;
如果我们的代码中没有指定fs.defaultFS,并且工程classpath下也没有给定相应的配置,conf中的默认值就来自于hadoop的jar包中的core-default.xml,默认值为: file:///,则获取的将不是一个DistributedFileSystem的实例,而是一个本地文件系统的客户端对象
3.3 DistributedFileSystem实例对象所具备的方法
实例:
package com.itcast.hdfs; import org.apache.hadoop.conf.Configuration; import org.apache.hadoop.fs.FileSystem; import org.apache.hadoop.fs.LocatedFileStatus; import org.apache.hadoop.fs.Path; import org.apache.hadoop.fs.RemoteIterator; public class TestHDFS { public static void main(String[] args) throws Exception { Configuration conf = new Configuration(); // 获取hdfs客户端对象的时候,需要指定文件系统的类型为hdfs,同时也要注意用户的身份问题 conf.set("fs.defaultFS", "hdfs://mini1:9000"); // 可以通过如下的方法进行客户端身份的伪造 System.setProperty("HADOOP_USER_NAME", "root"); // 首先需要一个hdfs的客户端对象 FileSystem fs = FileSystem.get(conf); // 思考:为什么返回迭代器,而不是List之类的容器 RemoteIterator<LocatedFileStatus> listFiles = fs.listFiles(new Path("/"), false); // 通过这个迭代器就可以遍历出我们hdfs文件系统根目录下的 文件 // while (listFiles.hasNext()) { // LocatedFileStatus fileStatus = listFiles.next(); // Path path = fileStatus.getPath(); // String filename = path.getName(); // System.out.println(filename); // // } // fs.copyFromLocalFile(new Path("d://Hello.txt"), new Path("/")); // fs.close(); /* * 如在window上做客户端应用开发,需要设置以下环境: A、用老师给的windows平台下编译的hadoop安装包解压一份到windows的任意一个目录下 B、在window系统中配置HADOOP_HOME指向你解压的安装包目录 C、在windows系统的path变量中加入HADOOP_HOME的bin目录 */ // fs.copyToLocalFile(new Path("/hello.txt"), new Path("e://")); fs.copyToLocalFile(false, new Path("/Hello.txt"), new Path("e://"), true); fs.close(); } }
进行客户端身份的伪造的另一种方法:
3.4 HDFS客户端操作数据代码示例:
3.4.1 文件的增删改查
package cn.itcast.hdfs; import java.io.File; import java.io.FileInputStream; import java.io.FileNotFoundException; import java.io.FileOutputStream; import java.io.IOException; import java.net.URI; import org.apache.commons.io.IOUtils; import org.apache.hadoop.conf.Configuration; import org.apache.hadoop.fs.BlockLocation; import org.apache.hadoop.fs.FSDataInputStream; import org.apache.hadoop.fs.FSDataOutputStream; import org.apache.hadoop.fs.FileStatus; import org.apache.hadoop.fs.FileSystem; import org.apache.hadoop.fs.LocatedFileStatus; import org.apache.hadoop.fs.Path; import org.apache.hadoop.fs.RemoteIterator; import org.junit.Before; import org.junit.Test; public class HdfsClient { FileSystem fs = null; @Before public void init() throws Exception { // 构造一个配置参数对象,设置一个参数:我们要访问的hdfs的URI // 从而FileSystem.get()方法就知道应该是去构造一个访问hdfs文件系统的客户端,以及hdfs的访问地址 // new Configuration();的时候,它就会去加载jar包中的hdfs-default.xml // 然后再加载classpath下的hdfs-site.xml Configuration conf = new Configuration(); // conf.set("fs.defaultFS", "hdfs://mini1:9000"); /** * 参数优先级: 1、客户端代码中设置的值 2、classpath下的用户自定义配置文件 3、然后是服务器的默认配置 */ /*conf.set("dfs.replication", "2"); conf.set("dfs.block.size", "64m");*/ // 获取一个hdfs的访问客户端,根据参数,这个实例应该是DistributedFileSystem的实例 // fs = FileSystem.get(conf); // 如果这样去获取,那conf里面就可以不要配"fs.defaultFS"参数,而且,这个客户端的身份标识已经是root用户 fs = FileSystem.get(new URI("hdfs://mini1:9000"), conf, "root"); // 获取文件系统相关信息 /* * DatanodeInfo[] dataNodeStats = ((DistributedFileSystem) * fs).getDataNodeStats(); for(DatanodeInfo dinfo: dataNodeStats){ * System.out.println(dinfo.getHostName()); } */ } /** * 往hdfs上传文件 * * @throws Exception */ @Test public void testAddFileToHdfs() throws Exception { // 要上传的文件所在的本地路径 // 要上传到hdfs的目标路径*/ Path src = new Path("e:/mysql-connector-java-5.1.28.jar"); Path dst = new Path("/"); fs.copyFromLocalFile(src, dst); fs.close(); } /** * 通过流的形式往hdfs上传数据 * @throws Exception */ @SuppressWarnings("resource") @Test public void testAddFileToHdfs2() throws Exception { FileInputStream in = new FileInputStream("e://Eclipse快捷键.pdf"); Path path = new Path("/woon.pdf"); FSDataOutputStream out = fs.create(path); IOUtils.copy(in, out); fs.close(); } /** * 从hdfs中复制文件到本地文件系统 * * @throws IOException * @throws IllegalArgumentException */ @Test public void testDownloadFileToLocal() throws IllegalArgumentException, IOException { // fs.copyToLocalFile(new Path("/mysql-connector-java-5.1.28.jar"), new // Path("d:/")); fs.copyToLocalFile(false, new Path("/mysql-connector-java-5.1.28.jar"), new Path("d:/"), true); fs.close(); } /** * 通过流的形式从hdfs下载数据 * @throws Exception */ @SuppressWarnings("resource") @Test public void testDownloadFileToLocal2() throws Exception { FSDataInputStream in = fs.open(new Path("/hello.txt")); FileOutputStream out = new FileOutputStream(new File("d:/a.txt")); IOUtils.copy(in, out); fs.close(); } /** * 目录操作 * * @throws IllegalArgumentException * @throws IOException */ @Test public void testMkdirAndDeleteAndRename() throws IllegalArgumentException, IOException { // 创建目录 // fs.mkdirs(new Path("/nihao/henhao/yeah")); // // 删除文件夹 ,如果是非空文件夹,参数2必须给值true fs.delete(new Path("/nihao/henhao"), true); // // // 重命名文件或文件夹 // fs.rename(new Path("/a1"), new Path("/a2")); } /** * 查看目录信息,只显示文件 * * @throws IOException * @throws IllegalArgumentException * @throws FileNotFoundException */ @Test public void testListFiles() throws FileNotFoundException, IllegalArgumentException, IOException { // 思考:为什么返回迭代器,而不是List之类的容器 RemoteIterator<LocatedFileStatus> listFiles = fs.listFiles(new Path("/"), true); while (listFiles.hasNext()) { LocatedFileStatus fileStatus = listFiles.next(); System.out.println(fileStatus.getPath().getName()); System.out.println(fileStatus.getBlockSize()); System.out.println(fileStatus.getPermission()); System.out.println(fileStatus.getLen()); BlockLocation[] blockLocations = fileStatus.getBlockLocations(); for (BlockLocation bl : blockLocations) { System.out.println("block-length:" + bl.getLength() + "--" + "block-offset:" + bl.getOffset()); String[] hosts = bl.getHosts(); for (String host : hosts) { System.out.println(host); } } System.out.println("--------------为allen打印的分割线--------------"); } } /** * 查看文件及文件夹信息 * * @throws IOException * @throws IllegalArgumentException * @throws FileNotFoundException */ @Test public void testListAll() throws FileNotFoundException, IllegalArgumentException, IOException { FileStatus[] listStatus = fs.listStatus(new Path("/")); String flag = ""; for (FileStatus fstatus : listStatus) { if (fstatus.isFile()) { flag = "f-- "; } else { flag = "d-- "; } System.out.println(flag + fstatus.getPath().getName()); System.out.println(fstatus.getPermission()); } } }
3.4.2 通过流的方式访问hdpackage cn.itcast.bigdata.hdfs.diceng;import java.io.File;
import java.io.FileInputStream; import java.io.FileOutputStream; import java.io.IOException; import java.net.URI; import org.apache.hadoop.conf.Configuration; import org.apache.hadoop.fs.BlockLocation; import org.apache.hadoop.fs.FSDataInputStream; import org.apache.hadoop.fs.FSDataOutputStream; import org.apache.hadoop.fs.FileStatus; import org.apache.hadoop.fs.FileSystem; import org.apache.hadoop.fs.FsStatus; import org.apache.hadoop.fs.Path; import org.apache.hadoop.io.IOUtils; import org.junit.Before; import org.junit.Test; /** * 相对那些封装好的方法而言的更底层一些的操作方式 * 上层那些mapreduce spark等运算框架,去hdfs中获取数据的时候,就是调的这种底层的api * @author * */ public class StreamAccess { FileSystem fs = null; @Before public void init() throws Exception { Configuration conf = new Configuration(); System.setProperty("HADOOP_USER_NAME", "root"); conf.set("fs.defaultFS", "hdfs://mini1:9000"); fs = FileSystem.get(conf); // fs = FileSystem.get(new URI("hdfs://hadoop01:9000"), conf, "root"); } @Test public void testDownLoadFileToLocal() throws IllegalArgumentException, IOException{ //先获取一个文件的输入流----针对hdfs上的 FSDataInputStream in = fs.open(new Path("/jdk-7u65-linux-i586.tar.gz")); //再构造一个文件的输出流----针对本地的 FileOutputStream out = new FileOutputStream(new File("c:/jdk.tar.gz")); //再将输入流中数据传输到输出流 IOUtils.copyBytes(in, out, 4096); } @Test public void testUploadByStream() throws Exception{ //hdfs文件的输出流 FSDataOutputStream fsout = fs.create(new Path("/aaa.txt")); //本地文件的输入流 FileInputStream fsin = new FileInputStream("c:/111.txt"); IOUtils.copyBytes(fsin, fsout,4096); } /** * hdfs支持随机定位进行文件读取,而且可以方便地读取指定长度 * 用于上层分布式运算框架并发处理数据 * @throws IllegalArgumentException * @throws IOException */ @Test public void testRandomAccess() throws IllegalArgumentException, IOException{ //先获取一个文件的输入流----针对hdfs上的 FSDataInputStream in = fs.open(new Path("/iloveyou.txt")); //可以将流的起始偏移量进行自定义 in.seek(22); //再构造一个文件的输出流----针对本地的 FileOutputStream out = new FileOutputStream(new File("d:/iloveyou.line.2.txt")); IOUtils.copyBytes(in,out,19L,true); } /**
*在mapreduce 、spark等运算框架中,有一个核心思想就是将运算移往数据,或者说,就是要在并发计算中尽可能让运算本地化,这就需要获取数据所在位置的信息并进行相应范围读取
*以下模拟实现:获取一个文件的所有block位置信息,然后读取指定block中的内容
* @throws IOException * @throws IllegalArgumentException */ @Test public void testCat() throws IllegalArgumentException, IOException{ FSDataInputStream in = fs.open(new Path("/weblog/input/access.log.10")); //拿到文件信息 FileStatus[] listStatus = fs.listStatus(new Path("/weblog/input/access.log.10")); //获取这个文件的所有block的信息 BlockLocation[] fileBlockLocations = fs.getFileBlockLocations(listStatus[0], 0L, listStatus[0].getLen()); //第一个block的长度 long length = fileBlockLocations[0].getLength(); //第一个block的起始偏移量 long offset = fileBlockLocations[0].getOffset(); System.out.println(length); System.out.println(offset); //获取第一个block写入输出流 // IOUtils.copyBytes(in, System.out, (int)length); byte[] b = new byte[4096]; FileOutputStream os = new FileOutputStream(new File("d:/block0")); while(in.read(offset, b, 0, 4096)!=-1){ os.write(b); offset += 4096; if(offset>length) return; }; os.flush(); os.close(); in.close(); } }
******HDFS原理篇******
4. 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)
注: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
4.1 概述
- HDFS集群分为两大角色:NameNode、DataNode (Secondary Namenode)
- NameNode负责管理整个文件系统的元数据
- DataNode 负责管理用户的文件数据块
- 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
- 每一个文件块可以有多个副本,并存放在不同的datanode上
- 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
- 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
4.2 HDFS写数据流程
4.2.1 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
4.2.2 详细步骤图
4.2.3 详细步骤解析
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。
4.3. HDFS读数据流程
4.3.1 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
4.3.2 详细步骤图
4.3.3 详细步骤解析
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
5. NAMENODE工作机制
学习目标:理解namenode的工作机制尤其是元数据管理机制,以增强对HDFS工作原理的理解,及培养hadoop集群运营中“性能调优”、“namenode”故障问题的分析解决能力
问题场景:
1、集群启动后,可以查看目录,但是上传文件时报错,打开web页面可看到namenode正处于safemode状态,怎么处理?
解释:
safemode是namenode的一种状态(active/standby/safemode安全模式)
namenode进入安全模式的原理:
a、namenode发现集群中的block丢失率达到一定比例时(0.01%),namenode就会进入安全模式,在安全模式下,客户端不能对任何数据进行操作,只能查看元数据信息(比如ls/mkdir)
b、如何退出安全模式?
找到问题所在,进行修复(比如修复宕机的datanode)
或者可以手动强行退出安全模式(没有真正解决问题): hdfs namenode --safemode leave
c、在hdfs集群正常冷启动时,namenode也会在safemode状态下维持相当长的一段时间,此时你不需要去理会,等待它自动退出安全模式即可
(原理:
namenode的内存元数据中,包含文件路径、副本数、blockid,及每一个block所在datanode的信息,而fsimage中,不包含block所在的datanode信息,那么,当namenode冷启动时,此时内存中的元数据只能从fsimage中加载而来,从而就没有block所在的datanode信息——>就会导致namenode认为所有的block都已经丢失——>进入安全模式——>datanode启动后,会定期向namenode汇报自身所持有的blockid信息,——>随着datanode陆续启动,从而陆续汇报block信息,namenode就会将内存元数据中的block所在datanode信息补全更新——>找到了所有block的位置,从而自动退出安全模式)
2、Namenode服务器的磁盘故障导致namenode宕机,如何挽救集群及数据?
3、Namenode是否可以有多个?namenode内存要配置多大?namenode跟集群数据存储能力有关系吗?
4、文件的blocksize究竟调大好还是调小好?--结合mapreduce
……
诸如此类问题的回答,都需要基于对namenode自身的工作原理的深刻理解
5.1 NAMENODE职责
NAMENODE职责:
负责客户端请求的响应
元数据的管理(查询,修改)
5.2 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)
5.2.1 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
5.2.2 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
5.2.3 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://${hadoop.tmp.dir}/dfs/namesecondary #以上两个参数做checkpoint操作时,secondary namenode的本地工作目录 dfs.namenode.checkpoint.edits.dir=${dfs.namenode.checkpoint.dir} 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
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checkpoint的附带作用
5.2.4 元数据目录说明
在第一次部署好Hadoop集群的时候,我们需要在NameNode(NN)节点上格式化磁盘:
$HADOOP_HOME/bin/hdfs namenode -format |
格式化完成之后,将会在$dfs.namenode.name.dir/current目录下如下的文件结构
current/ |-- VERSION |-- edits_* |-- fsimage_0000000000008547077 |-- fsimage_0000000000008547077.md5 `-- seen_txid |
其中的dfs.name.dir是在hdfs-site.xml文件中配置的,默认值如下:
<property> <name>dfs.name.dir</name> <value>file://${hadoop.tmp.dir}/dfs/name</value> </property> hadoop.tmp.dir是在core-site.xml中配置的,默认值如下 <property> <name>hadoop.tmp.dir</name> <value>/tmp/hadoop-${user.name}</value> <description>A base for other temporary directories.</description> </property> |
dfs.namenode.name.dir属性可以配置多个目录,
如/data1/dfs/name,/data2/dfs/name,/data3/dfs/name,....。各个目录存储的文件结构和内容都完全一样,相当于备份,这样做的好处是当其中一个目录损坏了,也不会影响到Hadoop的元数据,特别是当其中一个目录是NFS(网络文件系统Network File System,NFS)之上,即使你这台机器损坏了,元数据也得到保存。
下面对$dfs.namenode.name.dir/current/目录下的文件进行解释。
1、VERSION文件是Java属性文件,内容大致如下:
#Fri Nov 15 19:47:46 CST 2013 namespaceID=934548976 clusterID=CID-cdff7d73-93cd-4783-9399-0a22e6dce196 cTime=0 storageType=NAME_NODE blockpoolID=BP-893790215-192.168.24.72-1383809616115 layoutVersion=-47 |
其中
(1)、namespaceID是文件系统的唯一标识符,在文件系统首次格式化之后生成的;
(2)、storageType说明这个文件存储的是什么进程的数据结构信息(如果是DataNode,storageType=DATA_NODE);
(3)、cTime表示NameNode存储时间的创建时间,由于我的NameNode没有更新过,所以这里的记录值为0,以后对NameNode升级之后,cTime将会记录更新时间戳;
(4)、layoutVersion表示HDFS永久性数据结构的版本信息, 只要数据结构变更,版本号也要递减,此时的HDFS也需要升级,否则磁盘仍旧是使用旧版本的数据结构,这会导致新版本的NameNode无法使用;
(5)、clusterID是系统生成或手动指定的集群ID,在-clusterid选项中可以使用它;如下说明
a、使用如下命令格式化一个Namenode:
$HADOOP_HOME/bin/hdfs namenode -format [-clusterId <cluster_id>]
选择一个唯一的cluster_id,并且这个cluster_id不能与环境中其他集群有冲突。如果没有提供cluster_id,则会自动生成一个唯一的ClusterID。
b、使用如下命令格式化其他Namenode:
$HADOOP_HOME/bin/hdfs namenode -format -clusterId <cluster_id>
c、升级集群至最新版本。在升级过程中需要提供一个ClusterID,例如:
$HADOOP_PREFIX_HOME/bin/hdfs start namenode --config $HADOOP_CONF_DIR -upgrade -clusterId <cluster_ID>
如果没有提供ClusterID,则会自动生成一个ClusterID。
(6)、blockpoolID:是针对每一个Namespace所对应的blockpool的ID,上面的这个BP-893790215-192.168.24.72-1383809616115就是在我的ns1的namespace下的存储块池的ID,这个ID包括了其对应的NameNode节点的ip地址。
2、$dfs.namenode.name.dir/current/seen_txid非常重要,是存放transactionId的文件,format之后是0,它代表的是namenode里面的edits_*文件的尾数,namenode重启的时候,会按照seen_txid的数字,循序从头跑edits_0000001~到seen_txid的数字。所以当你的hdfs发生异常重启的时候,一定要比对seen_txid内的数字是不是你edits最后的尾数,不然会发生建置namenode时metaData的资料有缺少,导致误删Datanode上多余Block的资讯。
3、$dfs.namenode.name.dir/current目录下在format的同时也会生成fsimage和edits文件,及其对应的md5校验文件。
补充:seen_txid
文件中记录的是edits滚动的序号,每次重启namenode时,namenode就知道要将哪些edits进行加载edits
6. DATANODE的工作机制
问题场景:
1、集群容量不够,怎么扩容?
2、如果有一些datanode宕机,该怎么办?
3、datanode明明已启动,但是集群中的可用datanode列表中就是没有,怎么办?
以上这类问题的解答,有赖于对datanode工作机制的深刻理解
6.1 概述
1、Datanode工作职责:
存储管理用户的文件块数据
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> </property> <property> <name>dfs.heartbeat.interval</name> <value>1</value> </property> |
6.2 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-2.4.1/tmp/dfs/data/current/BP-193442119-192.168.2.120-1432457733977/current/finalized