淺談HDFS（二）之NameNode與SecondaryNameNode

NN與2NN工作機制思考：NameNode中的元數據是存儲在哪裡的？假設存儲在NameNode節點的硬碟中，因為經常需要隨機訪問和響應客戶請求，必然效率太低，所以是存儲在記憶體中的但是，如果存儲在記憶體中，一旦斷電，元數據丟失，整個集群便無法工作，因此會在硬碟中產生備份元數據的Fsimage 但是 ...

NN與2NN工作機制

思考：NameNode中的元數據是存儲在哪裡的？

假設存儲在NameNode節點的硬碟中，因為經常需要隨機訪問和響應客戶請求，必然效率太低，所以是存儲在記憶體中的
但是，如果存儲在記憶體中，一旦斷電，元數據丟失，整個集群便無法工作，因此會在硬碟中產生備份元數據的Fsimage
但是這樣又會有新的問題出現，當記憶體中的元數據更新時，需要同時更新Fsimage，否則會發生一致性的問題；
但要更新的話，又會導致效率過低
因此，又引入了Edits文件，用來記錄客戶端更新元數據的每一步操作（只進行追加操作，效率很高），每當元數據有更新時，就把更新的操作記錄到Edits中，Edits也存放在硬碟中
這樣，一旦NameNode節點斷電，可以通過Fsimage和Edits合併，生成最新的元數據
如果長時間一直添加操作數據到Edits，會導致文件數據過大，效率降低，而一旦斷電會造成恢復時間過長，因此需要對Fsimage與Edits定期合併
而如果這些操作都交給NameNode節點完成，則又會造成效率降低
因此引入了一個輔助NameNode的新的節點SecondaryNameNode，專門用於Fsimage和Edits的合併

NN與2NN工作機制

第一階段：NameNode啟動
- 第一次啟動NameNode格式化之後，創建Fsimage，Edits文件實在啟動NameNode時生成的；如果不是第一次創建，會直接載入Edits和Fsimage到記憶體，在HDFS啟動時會有一次Edits和Fsimage的合併操作，此時NameNode記憶體就持有最新的元數據信息
- 客戶端對元數據發送增刪改（不記錄查詢操作，因為查詢不改變元數據）的請求
- NameNode會首先記錄操作日誌，，更新滾動日誌
- NameNode在記憶體中對元數據進行增刪改操作
第二階段：SecondaryNameNode工作
- SecondaryNameNode定期詢問NameNode是否需要CheckPoint，直接帶回NameNode是否檢查的結果
- 當CheckPoint定時時間到了或者Edits中的數據滿了，SecondaryNameNode請求執行CheckPoint
- NameNode滾動正在寫的Edits，並生成新的空的edits.inprogress_002，滾動的目的是給Edits打個標記，以後所有更新操作都寫入edits.inprogress_002中
- 原來的Fsimage和Edits文件會拷貝到SecondaryNameNode節點，SecondaryNameNode會將它們載入到記憶體合併，生成新的鏡像文件fsimage.chkpoint
- 然後將新的鏡像文件fsimage.chkpoint拷貝給NameNode，重命名為Fsimage，替換原來的鏡像文件
- 因此，最後當NameNode啟動時，只需要載入之前未合併的Edits和Fsimage即可更新到最新的元數據信息

Fsimage與Edits解析

NameNode在格式化之後，將在/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name/current/目錄下產生如下文件：

-rw-rw-r--. 1 kocdaniel kocdaniel     945 9月  25 20:27 fsimage_0000000000000000000
-rw-rw-r--. 1 kocdaniel kocdaniel      62 9月  25 20:27 fsimage_0000000000000000000.md5
-rw-rw-r--. 1 kocdaniel kocdaniel       4 9月  25 20:27 seen_txid
-rw-rw-r--. 1 kocdaniel kocdaniel     205 9月  25 10:25 VERSION

fsimage：HDFS文件系統元數據的一個永久性的檢查點，其中包含HDFS文件系統的所有目錄和文件inode的序列化信息
Edits（啟動NameNode時生成）：存放HDFS文件系統所有更新操作，文件系統客戶端執行的寫操作首先會被記錄到Edits文件中
seen_txis：保存的時一個數字，是最新的edits_後的數字
每次NameNode啟動的時候都會將Fsimage文件讀入記憶體，載入Edits文件里的更新操作，保證記憶體中元數據的內容是最新的，同步的

oiv查看Fsimage文件

基本語法：hdfs oiv -p 文件類型 -i 鏡像文件 -o 轉換後文件輸出路徑

oev查看Edits文件

基本語法：hdfs oev -p 文件類型 -i 編輯日誌 -o 轉換後文件輸出路徑

Checkpoint時間設置

預設情況下，SecondaryNameNode每隔一個小時或者當操作次數超過100萬次時執行一次，但是操作次數的統計SecondaryNameNode自己做不到，需要藉助NameNode，所以還有一個參數設置是namenode每隔一分鐘檢查一次操作次數，當操作次數達到100萬時SecondaryNameNode開始執行Checkpoint，三個參數的設置都在hdfs_site.xml配置文件中，配置如下：

# SecondaryNameNode每隔一個小時執行一次
<property>
  <name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>
  <value>3600</value>
</property>

# SecondaryNameNode當操作次數超過100萬次時執行一次
<property>
  <name>dfs.namenode.checkpoint.txns</name>
  <value>1000000</value>
<description>操作動作次數</description>
</property>

# NameNode一分鐘檢查一次操作次數
<property>
  <name>dfs.namenode.checkpoint.check.period</name>
  <value>60</value>
<description> 1分鐘檢查一次操作次數</description>
</property >

NameNode故障處理

NameNode故障後有兩種處理方式：

NameNode故障處理方式一：直接將SecondaryNameNode目錄下的數據直接拷貝到NameNode目錄下，然後重新啟動NameNode

NameNode故障處理方式二：使用-importCheckpoint選項啟動NameNode守護進程，從而將SecondaryNameNode目錄下的數據直接拷貝到NameNode目錄下

首先需要在hdfs_site.xml文件中添加如下配置

# SecondaryNameNode每隔兩分鐘執行一次
<property>
  <name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>
  <value>120</value>
</property>

# 指定namenode生成的文件目錄
<property>
  <name>dfs.namenode.name.dir</name>
  <value>/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name</value>
</property>

然後，如果SecondaryNameNode和NameNode不在一個主機節點上，需要將SecondaryNameNode存儲數據的目錄拷貝到NameNode存儲數據的平級目錄，並刪除in_use.lock文件
最後導入檢查點數據（等待一會兒ctrl + c結束掉）

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

註意：執行完該命令後，觀察namenode已經啟動(臨時啟動)，而且每2分鐘檢查一次，如果確定已經恢復了數據，我們ctrl+c停止，然後自己手動起namenode
ctrl+c之後，重啟namenode即可恢複數據，但是並不能完全恢復，可能會將最新的Edits文件中的操作丟失

集群安全模式

什麼是安全模式

NameNode啟動時，首先將Fsimage載入記憶體，再執行Edits中的各項操作，一旦在記憶體中成功建立文件系統元數據的映像，則創建一個新的Fsimage文件和一個空的編輯日誌，然後開始監聽DataNode請求，在這個過程期間，NameNode一直運行在安全模式下，也就是NameNode對於客戶端是只讀的
DataNode啟動時，系統中的數據塊的位置並不是由NameNode維護的，而是由塊列表的形式存儲在DataNode中，在系統的正常操作期間，NameNode會在記憶體中保留所有塊的映射信息。在安全模式下，各個DataNode會向NameNode發送最新的塊列表信息，NameNode瞭解足夠多的塊列表信息後，即可高效運行文件系統
安全模式退出判斷：如果滿足最小副本條件，NameNode會在30秒之後退出安全模式。最小副本條件是指在整個文件系統中99.9%的塊滿足最小副本級別（預設為1），即99.9%的塊至少有一個副本存在。
在啟動一個剛剛格式化的HDFS集群時，由於系統中還沒有任何塊，所以NameNode不會進入安全模式

基本語法

集群處於安全模式時，不能執行任何重要操作（寫操作）。
集群啟動完成後，自動退出安全模式

（1）bin/hdfs dfsadmin -safemode get      （功能描述：查看安全模式狀態）
（2）bin/hdfs dfsadmin -safemode enter    （功能描述：進入安全模式狀態）
（3）bin/hdfs dfsadmin -safemode leave    （功能描述：離開安全模式狀態）
# wait是指，如果在腳本中寫入此命令，則腳本將等待安全模式退出後自動執行
（4）bin/hdfs dfsadmin -safemode wait     （功能描述：等待安全模式狀態）

NameNode多目錄配置

NameNode的本地目錄可以配置成多個，且每個目錄存放內容相同，增加了可靠性，提高高可用性
具體需要在hdfs_site.xml中加入如下配置：

# 指定目錄的路徑
<property>
    <name>dfs.namenode.name.dir</name>
    <value>file:///${hadoop.tmp.dir}/dfs/name1,file:///${hadoop.tmp.dir}/dfs/name2</value>
</property>

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