Hadoop基础之HDFS

HDFS

Hadoop基础之HDFS

什么是HDFS

• Hadoop   Distributed   File   System
• hadoop的分布式文件系统
• 文件系统：
• 个人理解：在磁盘(只能做存储)的基础上，使用软件对所存储的内容进行管理的，这个软件就叫做文件系统
• 百度百科：文件系统是操作系统用于明确存储设备（常见的是磁盘，也有基于NAND Flash的固态硬盘）或分区上的文件的方法和数据结构；即在存储设备上组织文件的方法。操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统，简称文件系统。文件系统由三部分组成：文件系统的接口，对对象操纵和管理的软件集合，对象及属性。从系统角度来看，文件系统是对文件存储设备的空间进行组织和分配，负责文件存储并对存入的文件进行保护和检索的系统。具体地说，它负责为用户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的存取，当用户不再使用时撤销文件等。

分布式存储

• 对于一个容量超大的文件进行存储，在一个单独的位置很难完成，所以要按照某种规则，对这个文件进行切块，把每个块分别存储在集群中的不同节点里，分散了海量文件的存储压力

文件系统的表现形式

• 本地文件系统，普通操作系统里的文件系统
• windows：   file:\\\C:\\   --  盘符：\\路径
• linux：   file:///   --   根目录/路径
• 非本地文件系统，在操作系统之外的文件系统
• hdfs：   hdfs://[ip:端口port]/路径
• ftp：   ftp://

三个角色

• NameNode(NN)
• 集群领导者，全局唯一
• 任何节点都可以赋予NN角色
• 如果有其他机器配置了NN，其他机器会处于准备状态，如果此NN宕机，会顶替上来，但是，在同一时间只会有一个NN处于存活
• DataNode(DN)
• 工具人节点
• 存储真实数据
• 任何节点都可以赋予DN角色，一般不与NN和2NN在一起
• 为了保证数据的安全性和可靠性，数据在不同节点存三份
• SeondaryNameNode(2NN)
• 为了保证元数据的安全可靠，有2NN角色对NN进行备份
• 存储的数据与NN一样，定时与NN同步数据
• 为了保证数据的安全性，不与NN放置在同一节点，全局唯一

优缺点

• 优势
• 存储量大
• 可以容错，让数据更安全
• 适合一次写入，多次读出
• 劣势
• 速度慢
• 不适合做实时运算
• 可以添加，但是不可以修改(可以追加，但是不建议使用)

HDFS的存储方式

• 一个超大文件，按照128M为一个block块进行拆分，最后不足128M的部分自成一个block块
• 块大小
• 1版本是64M，2版本是128M
• 原因：最优化寻址时间

工作机制

• NameNode
• dfs/name/current所存储的元数据默认一个小时存储一次
• edits_0000000000000000001-000000000000000000N
• 这个文件的数值不是连续的
• 中间的数值间隔表示一个小时内所进行的操作的次数
• 查看方式：oev
• hdfs   oev   [-p   xml]   -i(input   file)   -o(output   file) 
• edits_inprogress文件存储的是当前正在进行的操作，他的编号是最大的，当此操作完成进行新操作，会将原本的文件重命名，然后重新创建一个新的文件用来保存当前正在进行的操作
• fsimage文件是edits文件和上一次inprogerss文件合并而来，只保存最近两个版本(镜像文件)
• 在fsimage在合并的时候，会首先将edits_inprogress保存成edits，并创建一个新的inprogress，然后将上一个fsimage和在它之后全部的edits合并在一起
• 合并工作由SecondaryNameNode来做
• fsimage.md5是fsimage的md5校验文件
• 查看方式：oiv
• hdfs   oiv -p   XML  -i   -o
• fsimage文件分为两部分
• 对文件和目录的单纯描述
• 根据文件或目录的ID赋予层次关系
• seen.txid这里保存的是当前inprogerss的id的最大值
• VERSION文件是默认生成的版本号
• 注意：造成日志滚动的的原因不仅仅是时间达到一个小时
• 强制滚动日志：hdfs   dfsadmin  -rollEdits
• 可以等到edits.inprogress满64M生成edits文件
• 操作数量达到一百万次会滚动
• 集群在启动、关闭时，会有日志滚动
• 手动滚动日志文件SecondoryNmeNode不改变，会在下一次自动同步的时候同步过去
• 手动合并： hdfs   dfsadmin   -saveNamespace -- 手动合并的时候需要在安全模式下进行
• 条件对应的配制项
• 时间周期
• dfs.namenode.checkpoint.period -- 默认3600
• 操作记录数
• dfs.namenode.checkpoint.txns -- 默认1000000
• 检查合并时间间隔
• dfs.namenode.checkpoint.chick.period -- 默认60
• HDFS开机启动NameNode过程
• 第一次启动namenode格式化后，创建HDFS镜像文件fsimage和编辑日志文件edits
• 每个block占元数据150byte
• 非第一次启动集群时
• namenode在启动的时候fsimage的内容会加载到内存中，然后执行editlog的各项操作，保证内存的元数据保持最新的
• 当上述操作完成后，创建新的edits文件和fsimage文件
• 同时产生新的edits.inprogerss
• 正常运行状态
• 当各节点都启动成功并且正常运行之后，HDFS中的更新都会写入到editlog中，不是直接写入fsimage中。
• 对于分布式系统而言，fsimage文件是非常庞大的，直接往fsimage文件写入数据效率非常低下，非常缓慢
• 相对而言，最大只有64MB大小的editlog文件，写入数据是十分高效的
• 启动时安全模式
• 在集群启动的过程中处于安全模式，此时只能读，不能取，当集群成功启动之后，系统会退出安全模式，开始对外进行完成服务支持
• DataName
• DataNode节点文件是存放真实数据的
• blk_xxx文件作为总文件的块文件，属于真实文件
• 路径中两层subdir0与我们的目录层次没有关系
• 工作原理
• DataNode在启动的时候向NameNode注册自己
• NameNode接收注册，把DataNode的数据信息记录下来，反馈回去
• DataNode每隔3秒钟与NameNode进行一次交互，目的为了证明当前DataNode可以使用
• 如果NameNode5分钟没有收到心跳，会主动寻找DataNode，达到两个周期(10分钟)，没有找到则认为该节点不可用
• DataNode每隔一小时主动向NameNode报告一次，同步数据
• 断连超时时间计算公式
• TimeOut = 2*dfs.namenode.heartbeat.recheck[5min]-interval+10*dfs.heartbeat.interval[3s]
• HDFS写数据原理
• 客户端与NameNode发送连接请求，请求上传文件
• NameNode给客户端一个响应，可以上传文件
• 客户端分别对每个block块发送请求，请求存储数据的节点
• NameNode给客户端响应有可存储数据的节点
• 客户端与NameNode返回的所有节点建立连接
• 客户端把数据存储到每一个节点
• 客户端只将数据发送到一个节点
• 内部副本同步方式为集群内部传输
• 传输成功之后，再次请求NameNode，通知上传完毕
• NameNode保存相应的元数据信息
• HDFS读数据原理
• 客户端向NameNode请求下载文件
• NameNode向客户端返回这个文件的元数据
• 客户端根据获取的元数据，向具体的DataNode请求真实数据
• DataNode向客户端返回真实数据
• 所有block块获取完毕，在本地内存合并，写入文件

HDFS的安全模式

• 安全模式是HDFS处于一种特殊状态，这种状态下只能读不能改，换句话说，只能进行对数据不进行改变的操作
• 原因
• 当NameNode启动的时候，会将fsimage的数据加载到内存中，同时逐条执行editlog中的命令，在这期间，内存中成功建立文件系统元数据的映像后，就会创建一个新的fsimage文件和一个空的editlog文件
• 在这个过程中namenode是在安全模式下运行的，在安全模式中，DataNode会向NameNode发送块列表信息，当最小块副本满足的时候，NameNode会在三十秒后退出安全模式，开始提供完整服务
• 最小副本条件
• 整个文件系统中99.99%的块满足最小副本级别
• 系统离开安全模式的条件
• namenode收到DataNode的状态报告后确定
• 可用的block块占总数的比例
• 可用的数量节点满足要求
• 满足条件后维持的时间达到要求
• 可以用命令强制离开安全模式
• 安全模式的配制
• 安全模式主要配制在hdfs-site.xml
• 当没有额外配制的情况下，会采用默认值
• dfs.namenode.replication.min
• 最小的文件block副本数量，默认为1
• dfs.namenode.safemode.threshold-pct
• 副本数达到最小要求的block占系统总block数的百分比
• 只有实际比例大于默认比例，才能离开安全模式
• 如果小于等于0，则不会等待任何副本达到要求即可离开，如果大于1，永远处于安全模式
• dfs.namenode.safemode.extension
• 当条件满足后所需要维持的时间
• 如果在满足条件的情况下，同时所规定的时间内，没有出现不满足的情况下，即可离开安全模式
• 单位时毫秒
• 安全模式的命令
• hdfs dfsadmin -safemode[get/enter/leave/wait]
• get：查看是否处于安全模式
• enter：进入安全模式
• leave：退出安全模式
• wait：等待安全模式，让安全模式进入等待模式(适用于一直处于安全模式时，等待安全模式退出后执行)

HDFS脚本

• hadoop/hdfs
• hdfs   dfs   等价于hadoop   fs
• hadoop中包含但不限于hdfs命令，hdfs中只有dhfs命令
• hadoop/hdfs里面的每个命令都对应一个Java实现类
• [如果没有参数/参数为--help/参数为-help]--打印帮助信息

hdfs操作

• shell操作(通过命令直接操作文件系统)
• -help/--help/-h   --获取帮助信息
• -ls   --显示目录信息
• hdfs   dfs   -ls  --显示目录信息
• -mkdir   --创建目录
• hdfs   dfs   -mkdir  [-p]   路径/目录名
• -moveFromLocal/-moveToLocat   --从本地/hdfs剪切到hdfs/本地
• hdfs   dfs   -moveFromLocal/-moveToLocal   本地路径/hdfs路径   hdfs路径/本地路径
• -mv   在hdfs中移动文件
hdfs   dfs   原文件   目标文件
• -appendToFile   --追加一个文件到文件末尾
• hdfs   dfs   -appendToFile   原文件   追加文件
• -cat   --显示文件内容
• hdfs   dfs   -cat   文件名
• -tail   --显示一个文件的末尾
• hdfs   dfs   -tail   文件名
• -chgrp/-chmod/-chown   --修改文件权限
• hdfs   dfs  -chgrp/-chmod/-chown   权限类型(rwx)   文件/目录名
• -copyFromLocal/-copyToLocal   --从本地/hdfs拷贝到hdfs/本地
• hdfs   dfs   -copyFromLocal/-copyToLocal   本地/hdfs   hdfs/本地
• -cp   --从一个hdfs的路径拷贝到另一个路径
• hdfs   dfs -cp   原路径   目标路径
• -get   --从hdfs下载文件到本地
• hdfs   dfs   -get 原文件   目标路径
• -getmerge   --合并下载多个文件(可以理解为级联)
• hdfs   dfs   -getmerge   原目录   目标路径
• -put   --等同于copyFromLocal
• hdfs   dfs -put 本地   hdfs
• -rm   --删除文件或目录
• hdfs   dfs   -rm   文件/路径
• -rmdir   --删除空目录
• hdfs   dfs   -rmdir   目录
• -df   --统计文件系统可用空间信息
• hdfs   dfs   -df   -h
• -du   --统计一个指定目录下的大小信息
• hdfs   dfs   -do   -s   -h   目录
• -ccount   --统计一个指定目录下的文件节点数量
• hdfs   dfs   -count   路径
• -setrep   --设置hdfs中文件的副本数量
• hdfs  dfs   -setrep   [number]   路径(number数量要小于等于DataName节点数)

JavaAPI(通过开发工具写代码与HDFS连接)

• 构建项目的两种方式
• 普通方式，手动导包
• 查找依赖包hadoop.tar.gz解压缩 -->> share-hadoop搜索.jar
• 去除重名包、资源包、测试包
• 添加到项目中
• maven
• pom.xml添加所需要的依赖包的三点坐标
• 如果仓库中有需要的依赖包，可以添加
• 如果仓库中没有需要的依赖包，从网站中查找
• 代码
• 连接HDFS

<!-- 
package hdfs;

import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
import org.apache.hadoop.fs.FileSystem;
import org.apache.hadoop.fs.Path;
import org.junit.jupiter.api.Test;

import java.io.IOException;
import java.net.URI;

public class TestHdfsConnection {

    @Test
    public void connectionHdfs() throws Exception {
        Configuration configurations = new Configuration();
//        可以选择不写参数，然后再re目录下导入core-size.xml文件
//        如果没有core-size.xml的同时，Configuration也没有值，会走默认
//        configurations.set("fs.default.name","hdfs://hadoop101:9000");
        FileSystem fileSystem = FileSystem.get(new URI("hdfs://hadoop101:9000"),configurations,"bduser");
        System.out.println(fileSystem);
        fileSystem.copyFromLocalFile(new Path("file:///D:/Tencent/QQManagementDate/461585949/FileRecv/第2章_彻底解决分布式一致性问题.pptx"),new Path("/home/bduser"));

        fileSystem.close();
    }
}

• 注意
• 设置属性的加载顺序
• xxx-default.xml
• xxx-size.xml
• 代码中conf.set(key,value)
• 生效顺序
• 与加载顺序相反
• 作用域
• default和site对于全局有效，conf.site只对当前方法有效
• 关于windows操作hdfs的权限问题
• 给更高权限
• 更改用户，使用当前所属者权限
• 解决方案
• hdfs   dfs   chmod   o+w
• FileSystem.get(URI,conf,userName)
• run->editConfiguration->VM_options->-DHADOOP_USER_NAME=某某某
• 修改hdfs用户名与windows一致
• 修改windows用户名与hdfs一致

Hadoop集群间的复制

• scp：跨节点之间的数据复制
• 不管数据是否一致，都复制一遍，比较浪费资源
• rsync:跨节点之间的数据同步
• 两个节点之间相同目录下。不一样的数据进行同步
• hdfs   dfs  -cp：在一个集群之间进行数据的复制
• distcp：跨集群之间的数据复制
• hadoop   distcp   < srcurl> < desturl>
• 没有远程和本地的区别，双方都是远程集群，有的只是原路径和目标路径
• 复制文件和复制目录一样，没有特殊选项
• 如果为了保证安全，可以在目录后面加/*

小文件管理

• 容量小的文件，在hdfs中，不足128M都按照1289M计算
• 如果这样的文件过多的话，对hdfs来说就是灾难性的影响
• 解决方案
• 将多个小文件整合成一个文件来处理
• 创建存档
• hadoop   archive   -archiveName  < name.har>     -p   < parent path> < src>*< dest>
• hadoop   archive   -archiveName   存档名字   -p   父目录   原路径(可以多个)   目的路径
• 执行创建存档之后，原文件不会自动删除，需要手动删除
• 查看存档
• hdfs   dfs   -lsr   路径
• 正常查看存档内容
• hdfs   dfs   -lsr   har:///路径
• 查看存档内的所有内容
• hdfs   dfs   -cat   路径/part-x
• 查看存档具体内容
• 解除存档
• hdfs   dfs   -cp   har:///路径/*   目标路径

配额管理

• 可以设置hdfs里目录存储的上限(数量和容量)
• 使用方式
• 设置数量限额
• hdfs   dfsadmin   -setQuota   数量 目录*
• 取消数量限额
• hdfs   dfsadmin   -clrQuota   目录*
• 设置容量限额
• hdfs   dfsadmin   -setSpaceQuota   容量   目录*
• 取消容量限额
• hdfs   dfsadmin   -clrSpaceQuota   目录*