Hadoop3.x-HDFS

HDFS概述

HDFS组成架构

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1）NameNode(nn):就是Master,它是一个主管，管理者

  • 管理HDFS的名称空间
  • 配置副本策略
  • 管理块的映射信息
  • 处理客户端的读写请求

2）DataNode:就是实际存储数据，听从NameNode的命令，执行操作

  • 存储实际的数据块
  • 执行数据块的读写操作
    SecondaryNameNode:并非NameNode的热备，因为NameNode挂点，它并不能马上替换NamrNode
  • 辅助NameNode的工作，比如定期合并Fsimage和Edits，并推送给NameNode；
  • 在紧急情况下，可辅助恢复NameNode
    Client：客户端
    文件切片。文件上传到HDFS上的时候，Client可将文件切成一个个Block，然后进行上传。
    与NameNode交互，获取文件的位置信息
    与DataNode交互，读取或写入数据
    Client可以通过命令管理HDFS，比如格式化NameNode
    Client可以通过命令来访问HDFS，比如对hdfs增删改操作

HDFS文件块的大小

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HDFS的Shell命令

准备工作

1）启动Hadoop集群（方便后续的测试）

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ sbin/start-dfs.sh
[atguigu@hadoop103 hadoop-3.1.3]$ sbin/start-yarn.sh

2）-help：输出这个命令参数

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -help rm

3）创建/sanguo文件夹

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -mkdir /sanguo

上传
1）-moveFromLocal：从本地剪切粘贴到HDFS

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ vim shuguo.txt
输入：
shuguo
[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs  -moveFromLocal  ./shuguo.txt  /sanguo

2）-copyFromLocal：从本地文件系统中拷贝文件到HDFS路径去

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ vim weiguo.txt
输入：
weiguo
[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -copyFromLocal weiguo.txt /sanguo

3）-put：等同于copyFromLocal，生产环境更习惯用put

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ vim wuguo.txt
输入：
wuguo
[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -put ./wuguo.txt /sanguo

4）-appendToFile：追加一个文件到已经存在的文件末尾

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ vim liubei.txt
输入：
liubei
[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -appendToFile liubei.txt /sanguo/shuguo.txt

下载
1）-copyToLocal：从HDFS拷贝到本地

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -copyToLocal /sanguo/shuguo.txt ./

2）-get：等同于copyToLocal，生产环境更习惯用get

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -get /sanguo/shuguo.txt ./shuguo2.txt

HDFS直接操作
1）-ls: 显示目录信息

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -ls /sanguo

2）-cat：显示文件内容

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -cat /sanguo/shuguo.txt

3）-chgrp、-chmod、-chown：Linux文件系统中的用法一样，修改文件所属权限

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs  -chmod 666  /sanguo/shuguo.txt
[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs  -chown  atguigu:atguigu   /sanguo/shuguo.txt

4）-mkdir：创建路径

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -mkdir /jinguo

5）-cp：从HDFS的一个路径拷贝到HDFS的另一个路径

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -cp /sanguo/shuguo.txt /jinguo

6）-mv：在HDFS目录中移动文件

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -mv /sanguo/wuguo.txt /jinguo
[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -mv /sanguo/weiguo.txt /jinguo

7）-tail：显示一个文件的末尾1kb的数据

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -tail /jinguo/shuguo.txt

8）-rm：删除文件或文件夹

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -rm /sanguo/shuguo.txt

9）-rm -r：递归删除目录及目录里面内容

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -rm -r /sanguo

10）-du统计文件夹的大小信息

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -du -s -h /jinguo
27  81  /jinguo
[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -du  -h /jinguo
14  42  /jinguo/shuguo.txt
7   21   /jinguo/weiguo.txt
6   18   /jinguo/wuguo.tx
说明：27表示文件大小；81表示27*3个副本；/jinguo表示查看的目录

11）-setrep：设置HDFS中文件的副本数量

[atguigu@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hadoop fs -setrep 10 /jinguo/shuguo.txt
这里设置的副本数只是记录在NameNode的元数据中，是否真的会有这么多副本，还得看DataNode的数量。因为目前只有3台设备，最多也就3个副本，只有节点数的增加到10台时，副本数才能达到10。

HDFS-API准备前工作

  • 下载JDK,Hadoop。
  • 配置Java，hadoop环境变量
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  • Idea设置maven--采用apache-maven-3.5.4---》maven

HDFS的读写流程

HDFS写数据流程

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  • -客户端先创建一个HDFSClient，通过DistributedFileSystem向NameNode发送上传文件。
  • NameNode首先判断文件是否有权限和检查目录是否存在，满足条件后，响应客户端可以上传文件。
  • 客户端会将请求上传第一个Block块，请求返回DataNode节点。
  • 然后NameNode会根据机架感知选择距离最近的节点，同时保证节点负载均衡后，将可用节点副本发给客户端。
  • 客户端收到后，会创建一个输出流FsDataOutPutStream，请求dn1上传数据，建立Block传输通道，dn1收到请求，会调用dn2，dn2会调用dn3。
  • dn1，dn2，dn3，逐级应答成功
  • 客户端会在将先建立缓冲区，最先形成512bytechunck+4位的校验位，直到这个缓冲区的大小达到64k，以packet形式发送给第一个节点，每传一个packet会放入一个应答队列等待应答，第一个节点一边写到自己的磁盘，一边在内存中发送给下一个节点，直到都接收完。
  • 第二个Block和后面的Blcok重复上面操作
    注释：
    1.Client对同一个文件进行操作时，只能建立一个进程进行操作，不可以开通多个客户端。
    2.副本选择除了节点最近，还考虑负载均衡，当数据都像dn1发送请求的话，那么会将后面的请求发给dn2，减轻dn1负载。
    3.DataNode以串联的形式接收数据是为了减轻客户端要与多个节点建立进程，其次串联方式是一方面自己存到磁盘，还有内存的传给下一个节点，速度快    。

网络拓扑-节点最近距离计算

在HDFS写数据的过程中，NameNode会选择距离待上传数据最近距离的DataNode接收数据。那么这个最近距离怎么计算呢？
节点距离：两个节点到达最近的共同祖先的距离总和。
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副本节点选择

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注释：第三个副本选择是为了跟副本二传输速度快

HDFS读数据流程

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  • 客户端通过建立DistributedFileSystem向NameNode发送下载请求。
  • NameNode首先判断文件是否有权限和检查目录是否存在，满足条件后，通过查找元数据，找到块对应的DataNode节点，，响应发给客户端元数据。
  • 首先客户端为了读数据，要建立FSDataInputStream流，找到最近的节点发送读请求，注意的是，如果多个请求都是考虑最近找dn1，会加重他的负载，此时会考虑向dn2，dn3发送这个请求，并且，这两个请求在不同节点，不同进程，并不意味着是并发，只能允许串联方式进行读请求。
  • 客户端以Packet为单位接收，先在本地缓存，然后写入目标文件。

NameNode和SecondaryNameNode

NN和2NN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。

NameNode工作机制

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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。

Fsimage和Edits解析

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1）oiv查看Fsimage文件
（1）查看oiv和oev命令

[atguigu@hadoop102 current]$ hdfs
oiv            apply the offline fsimage viewer to an fsimage
oev            apply the offline edits viewer to an edits file

（2）基本语法
hdfs oiv -p 文件类型 -i镜像文件 -o 转换后文件输出路径
（3）案例实操

[atguigu@hadoop102 current]$ pwd
/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name/current
[atguigu@hadoop102 current]$ hdfs oiv -p XML -i fsimage_0000000000000000025 -o /opt/module/hadoop-3.1.3/fsimage.xml
[atguigu@hadoop102 current]$ cat /opt/module/hadoop-3.1.3/fsimage.xml

将显示的xml文件内容拷贝到Idea中创建的xml文件中，并格式化。部分显示结果如下。

<inode>
	<id>16386</id>
	<type>DIRECTORY</type>
	<name>user</name>
	<mtime>1512722284477</mtime>
	<permission>atguigu:supergroup:rwxr-xr-x</permission>
	<nsquota>-1</nsquota>
	<dsquota>-1</dsquota>
</inode>
<inode>
	<id>16387</id>
	<type>DIRECTORY</type>
	<name>atguigu</name>
	<mtime>1512790549080</mtime>
	<permission>atguigu:supergroup:rwxr-xr-x</permission>
	<nsquota>-1</nsquota>
	<dsquota>-1</dsquota>
</inode>
<inode>
	<id>16389</id>
	<type>FILE</type>
	<name>wc.input</name>
	<replication>3</replication>
	<mtime>1512722322219</mtime>
	<atime>1512722321610</atime>
	<perferredBlockSize>134217728</perferredBlockSize>
	<permission>atguigu:supergroup:rw-r--r--</permission>
	<blocks>
		<block>
			<id>1073741825</id>
			<genstamp>1001</genstamp>
			<numBytes>59</numBytes>
		</block>
	</blocks>
</inode >

思考：可以看出，Fsimage中没有记录块所对应DataNode，为什么？
在集群启动后，要求DataNode上报数据块信息，并间隔一段时间后再次上报。

2）oev查看Edits文件
（1）基本语法
hdfs oev -p 文件类型 -i编辑日志 -o 转换后文件输出路径
（2）案例实操

[atguigu@hadoop102 current]$ hdfs oev -p XML -i edits_0000000000000000012-0000000000000000013 -o /opt/module/hadoop-3.1.3/edits.xml
[atguigu@hadoop102 current]$ cat /opt/module/hadoop-3.1.3/edits.xml

将显示的xml文件内容拷贝到Idea中创建的xml文件中，并格式化。显示结果如下。


<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<EDITS>
	<EDITS_VERSION>-63</EDITS_VERSION>
	<RECORD>
		<OPCODE>OP_START_LOG_SEGMENT</OPCODE>
		<DATA>
			<TXID>129</TXID>
		</DATA>
	</RECORD>
	<RECORD>
		<OPCODE>OP_ADD</OPCODE>
		<DATA>
			<TXID>130</TXID>
			<LENGTH>0</LENGTH>
			<INODEID>16407</INODEID>
			<PATH>/hello7.txt</PATH>
			<REPLICATION>2</REPLICATION>
			<MTIME>1512943607866</MTIME>
			<ATIME>1512943607866</ATIME>
			<BLOCKSIZE>134217728</BLOCKSIZE>
			<CLIENT_NAME>DFSClient_NONMAPREDUCE_-1544295051_1</CLIENT_NAME>
			<CLIENT_MACHINE>192.168.10.102</CLIENT_MACHINE>
			<OVERWRITE>true</OVERWRITE>
			<PERMISSION_STATUS>
				<USERNAME>atguigu</USERNAME>
				<GROUPNAME>supergroup</GROUPNAME>
				<MODE>420</MODE>
			</PERMISSION_STATUS>
			<RPC_CLIENTID>908eafd4-9aec-4288-96f1-e8011d181561</RPC_CLIENTID>
			<RPC_CALLID>0</RPC_CALLID>
		</DATA>
	</RECORD>
	<RECORD>
		<OPCODE>OP_ALLOCATE_BLOCK_ID</OPCODE>
		<DATA>
			<TXID>131</TXID>
			<BLOCK_ID>1073741839</BLOCK_ID>
		</DATA>
	</RECORD>
	<RECORD>
		<OPCODE>OP_SET_GENSTAMP_V2</OPCODE>
		<DATA>
			<TXID>132</TXID>
			<GENSTAMPV2>1016</GENSTAMPV2>
		</DATA>
	</RECORD>
	<RECORD>
		<OPCODE>OP_ADD_BLOCK</OPCODE>
		<DATA>
			<TXID>133</TXID>
			<PATH>/hello7.txt</PATH>
			<BLOCK>
				<BLOCK_ID>1073741839</BLOCK_ID>
				<NUM_BYTES>0</NUM_BYTES>
				<GENSTAMP>1016</GENSTAMP>
			</BLOCK>
			<RPC_CLIENTID></RPC_CLIENTID>
			<RPC_CALLID>-2</RPC_CALLID>
		</DATA>
	</RECORD>
	<RECORD>
		<OPCODE>OP_CLOSE</OPCODE>
		<DATA>
			<TXID>134</TXID>
			<LENGTH>0</LENGTH>
			<INODEID>0</INODEID>
			<PATH>/hello7.txt</PATH>
			<REPLICATION>2</REPLICATION>
			<MTIME>1512943608761</MTIME>
			<ATIME>1512943607866</ATIME>
			<BLOCKSIZE>134217728</BLOCKSIZE>
			<CLIENT_NAME></CLIENT_NAME>
			<CLIENT_MACHINE></CLIENT_MACHINE>
			<OVERWRITE>false</OVERWRITE>
			<BLOCK>
				<BLOCK_ID>1073741839</BLOCK_ID>
				<NUM_BYTES>25</NUM_BYTES>
				<GENSTAMP>1016</GENSTAMP>
			</BLOCK>
			<PERMISSION_STATUS>
				<USERNAME>atguigu</USERNAME>
				<GROUPNAME>supergroup</GROUPNAME>
				<MODE>420</MODE>
			</PERMISSION_STATUS>
		</DATA>
	</RECORD>
</EDITS >

思考：NameNode如何确定下次开机启动的时候合并哪些Edits？

CheckPoint时间设置

1）通常情况下，SecondaryNameNode每隔一小时执行一次。

	[hdfs-default.xml]
<property>
  <name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>
  <value>3600s</value>
</property>

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。

<property>
  <name>dfs.namenode.checkpoint.txns</name>
  <value>1000000</value>
<description>操作动作次数</description>
</property>

<property>
  <name>dfs.namenode.checkpoint.check.period</name>
  <value>60s</value>
<description> 1分钟检查一次操作次数</description>
</property>

DataNode

DataNode工作机制

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（1）一个数据块在DataNode上以文件形式存储在磁盘上，包括两个文件，一个是数据本身，一个是元数据包括数据块的长度，块数据的校验和，以及时间戳。
（2）DataNode启动后向NameNode注册，通过后，周期性（6小时）的向NameNode上报所有的块信息。
DN向NN汇报当前解读信息的时间间隔，默认6小时；

<property>
	<name>dfs.blockreport.intervalMsec</name>
	<value>21600000</value>
	<description>Determines block reporting interval in milliseconds.</description>
</property>

DN扫描自己节点块信息列表的时间，默认6小时

<property>
	<name>dfs.datanode.directoryscan.interval</name>
	<value>21600s</value>
	<description>Interval in seconds for Datanode to scan data directories and reconcile the difference between blocks in memory and on the disk.
	Support multiple time unit suffix(case insensitive), as described
	in dfs.heartbeat.interval.
	</description>
</property>

（3）心跳是每3秒一次，心跳返回结果带有NameNode给该DataNode的命令如复制块数据到另一台机器，或删除某个数据块。如果超过10分钟没有收到某个DataNode的心跳，则认为该节点不可用。
（4）集群运行中可以安全加入和退出一些机器。

数据完整性

思考：如果电脑磁盘里面存储的数据是控制高铁信号灯的红灯信号（1）和绿灯信号（0），但是存储该数据的磁盘坏了，一直显示是绿灯，是否很危险？同理DataNode节点上的数据损坏了，却没有发现，是否也很危险，那么如何解决呢？
如下是DataNode节点保证数据完整性的方法。
（1）当DataNode读取Block的时候，它会计算CheckSum。
（2）如果计算后的CheckSum，与Block创建时值不一样，说明Block已经损坏。
（3）Client读取其他DataNode上的Block。
（4）常见的校验算法crc（32），md5（128），sha1（160）
（5）DataNode在其文件创建后周期验证CheckSum。
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掉线时限参数设置掉

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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。

<property>
    <name>dfs.namenode.heartbeat.recheck-interval</name>
    <value>300000</value>
</property>

<property>
    <name>dfs.heartbeat.interval</name>
    <value>3</value>
</property>

Hadoop3.x和Hadoop2.x变化

一、常用端口号
hadoop3.x
HDFS NameNode 内部通常端口:8020/9000/9820
HDFS NameNode 对用户的查询端口：9870
Yarn查看任务运行情况：8088
历史服务器：19888

hadoop2.x
HDFS NameNode 内部通常端口：8020/9000
HDFS NameNode 对用户查询端口：50070
Yarn查看任务运行情况：8088
历史服务器：19888

二、常用配置文件
3.x core-site.xml hdfs-site.xml yarn-site.xml mapred-site.xml workers
2.x core-site.xml hdfs-site.xml yarn-site.xml mapred-site.xml slaves

posted @ 2021-08-20 18:28  Darling&GLL  阅读(252)  评论(0)    收藏  举报