第4章 HDFS的数据流（面试重点） 第6章 DataNode（面试开发重点）

第5章 NameNode和SecondaryNameNode（面试开发重点）

5.1 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。

NN和2NN工作机制，如图3-14所示。

image.png

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。

SecondaryNameNode首先会询问NameNode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NameNode是否检查结果。SecondaryNameNode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SecondaryNameNode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。

5.2 Fsimage和Edits解析

1. 概念

image.png

2. 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-2.7.2/data/tmp/dfs/name/current

 

[atguigu@hadoop102 current]$ hdfs oiv -p XML -i fsimage_0000000000000000025 -o /opt/module/hadoop-2.7.2/fsimage.xml

 

[atguigu@hadoop102 current]$ cat /opt/module/hadoop-2.7.2/fsimage.xml

将显示的xml文件内容拷贝到Eclipse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。

3. 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-2.7.2/edits.xml

 

[atguigu@hadoop102 current]$ cat /opt/module/hadoop-2.7.2/edits.xml

将显示的xml文件内容拷贝到Eclipse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>192.168.1.5</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？

5.3 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>3600</value>

</property>

（2）一分钟检查一次操作次数，3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>60</value>

<description> 1分钟检查一次操作次数</description>

</property >

5.4 NameNode故障处理

NameNode故障后，可以采用如下两种方法恢复数据。

方法一：将SecondaryNameNode中数据拷贝到NameNode存储数据的目录；

1. kill -9 NameNode进程

2. 删除NameNode存储的数据（/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name）

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ rm -rf /opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name/*

3. 拷贝SecondaryNameNode中数据到原NameNode存储数据目录

[atguigu@hadoop102 dfs]$ scp -r atguigu@hadoop104:/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/namesecondary/* ./name/

4. 重新启动NameNode

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ sbin/hadoop-daemon.sh start namenode

方法二：使用-importCheckpoint选项启动NameNode守护进程，从而将SecondaryNameNode中数据拷贝到NameNode目录中。

1.    修改hdfs-site.xml中的

<property>

  <name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>

  <value>120</value>

</property>

 

<property>

  <name>dfs.namenode.name.dir</name>

  <value>/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name</value>

</property>

2.  kill -9 NameNode进程

3.    删除NameNode存储的数据（/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name）

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ rm -rf /opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name/*

4.    如果SecondaryNameNode不和NameNode在一个主机节点上，需要将SecondaryNameNode存储数据的目录拷贝到NameNode存储数据的平级目录，并删除in_use.lock文件

[atguigu@hadoop102 dfs]$ scp -r atguigu@hadoop104:/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/namesecondary ./

 

[atguigu@hadoop102 namesecondary]$ rm -rf in_use.lock

 

[atguigu@hadoop102 dfs]$ pwd

/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs

 

[atguigu@hadoop102 dfs]$ ls

data  name  namesecondary

5.    导入检查点数据（等待一会ctrl+c结束掉）

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ bin/hdfs namenode -importCheckpoint

6.    启动NameNode

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ sbin/hadoop-daemon.sh start namenode

5.5 集群安全模式

1.    概述

image.png

1.    基本语法

集群处于安全模式，不能执行重要操作（写操作）。集群启动完成后，自动退出安全模式。

（1）bin/hdfs dfsadmin -safemode get        （功能描述：查看安全模式状态）

（2）bin/hdfs dfsadmin -safemode enter    （功能描述：进入安全模式状态）

（3）bin/hdfs dfsadmin -safemode leave     （功能描述：离开安全模式状态）

（4）bin/hdfs dfsadmin -safemode wait      （功能描述：等待安全模式状态）

3.    案例

       模拟等待安全模式

（1）查看当前模式

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ hdfs dfsadmin -safemode get

Safe mode is OFF

（2）先进入安全模式

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ bin/hdfs dfsadmin -safemode enter

       （3）创建并执行下面的脚本

在/opt/module/hadoop-2.7.2路径上，编辑一个脚本safemode.sh

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ touch safemode.sh

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ vim safemode.sh

 

#!/bin/bash

hdfs dfsadmin -safemode wait

hdfs dfs -put /opt/module/hadoop-2.7.2/README.txt /

执行脚本

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ chmod 777 safemode.sh

 

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ ./safemode.sh

       （4）再打开一个窗口，执行

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ bin/hdfs dfsadmin -safemode leave

（5）观察

（a）再观察上一个窗口

Safe mode is OFF

（b）HDFS集群上已经有上传的数据了。

5.6 NameNode多目录配置

1.    NameNode的本地目录可以配置成多个，且每个目录存放内容相同，增加了可靠性

2.    具体配置如下

       （1）在hdfs-site.xml文件中增加如下内容

<property>

    <name>dfs.namenode.name.dir</name>

<value>file:///${hadoop.tmp.dir}/dfs/name1,file:///${hadoop.tmp.dir}/dfs/name2</value>

</property>

（2）停止集群，删除data和logs中所有数据。

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ rm -rf data/ logs/

[atguigu@hadoop103 hadoop-2.7.2]$ rm -rf data/ logs/

[atguigu@hadoop104 hadoop-2.7.2]$ rm -rf data/ logs/

（3）格式化集群并启动。

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ bin/hdfs namenode –format

[atguigu@hadoop102 hadoop-2.7.2]$ sbin/start-dfs.sh

（4）查看结果

[atguigu@hadoop102 dfs]$ ll

总用量 12

drwx------. 3 atguigu atguigu 4096 12月 11 08:03 data

drwxrwxr-x. 3 atguigu atguigu 4096 12月 11 08:03 name1

drwxrwxr-x. 3 atguigu atguigu 4096 12月 11 08:03 name2


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