HBase运维基础——元数据逆向修复原理

背景
鉴于上次一篇文章——“云HBase小组成功抢救某公司自建HBase集群，挽救30+T数据”的读者反馈，对HBase的逆向工程比较感兴趣，并咨询如何使用相应工具进行运维等等。总的来说，就是想更深层理解HBase运维原理，提高运维HBase生产环境的能力，应对各种常见异常现象。不同的读者对hbase的了解程度不同，本文不打算着重编写一个工具怎么使用，而是从HBase的运维基础知识介绍开始讲解。为了能帮助大部分读者提高HBase运维能力，后续会写个“HBase运维系列” 专题系列文章。

介绍

相信很多自建HBase的企业会经常碰到各种各样的hbase运维问题。比如使用HBase的时候，HBase写入一段时间后开始RegionServer节点开始挂掉，重启RegionServer发现启动很慢，很多region出现RTI问题，导致读写某个region的业务hang住了 。还有一些人的HBase集群多次运维尝试后，直接HBase启动不了了，meta表上线就开始报错，导致最终业务不能正常上线运行等等系列问题。本文就HBase运维的原理基础开始入手，重点讲解数据完整性，以及元数据“逆向工程”恢复数据完整性的原理方法。开启后续一系列的HBase运维知识讲解。

HBase目录结构
本文就1.x版本进行讲解，不同版本大致相通。HBase在HDFS上会单独使用一个目录为HBase文件目录的根目录，通常为 “/hbase”。基于这个目录下，会有以下目录组织结构：

/hbase/archive (1)
/hbase/corrupt (2) 
/hbase/data/default/TestTable/.tabledesc/.tableinfo.0000000001 (3)
/hbase/data/default/TestTable/fc06f27a6c5bc2ff57ea38018b4dd399/info/2e58b3e274ba4d889408b05e526d4b7b (4)
/hbase/data/default/TestTable/fc06f27a6c5bc2ff57ea38018b4dd399/recovered.edits/340.seqid (5)
/hbase/data/default/TestTable/fc06f27a6c5bc2ff57ea38018b4dd399/.regioninfo (6)
/hbase/data/default/TestTable/fc06f27a6c5bc2ff57ea38018b4dd399/.tmp (7)
/hbase/data/default/TestTable/fc06f27a6c5bc2ff57ea38018b4dd399/.splits (8)
/hbase/data/default/TestTable/fc06f27a6c5bc2ff57ea38018b4dd399/.merges (9)
/hbase/data/hbase/acl (10)
/hbase/data/hbase/meta (11)
/hbase/hbase.id (12)
/hbase/hbase.version (13)
/hbase/MasterProcWALs (14)
/hbase/oldWALs (15)
/hbase/.tmp (16)
/hbase/.trashtables/data (17)
/hbase/WALs/tins-donot-rm-test-hb1-004.hbase.9b78df04-b.rds.aliyuncs.com,16020,1523502350378/tins-donot-rm-test-hb1-004.hbase.9b78df04-b.rds.aliyuncs.com%2C16020%2C1523502350378.default.1524538284034 (18)

(1) 进行snapshot或者升级的时候使用到的归档目录。compaction删除hfile的时候，也会把就的hfile归档到这里等。

(2) splitlog的corrupt目录，以及corrupt hfile的目录。

(3) 表的基本属性信息元文件tableinfo。

(4) 对应表下的hfile数据文件。
(5) 当splitlog发生时，一个RS的wal会按照region级别split WALs写到对应目录下的的recovered.edits目录上，使得此region再次被open的时候，回放这些recovered.edits 日志。

(6) regioninfo文件。

(7) compaction等的临时tmp目录。

(8) split时临时目录，如果上次region的split没有完成被中断了，这个region再open的时候会自动清理这个目录，一般不需要人工干预。

(9) merges时的临时目录，和split一样，如果没有正常完成的时候被中断了，那么他会在下次被open的时候自动清理。一般也不需要人工干预。

(10) acl 开启HBase权限控制时的权限记录系统表

(11) meta 元数据表，记录region相关信息

(12) hbase.id 集群启动初始化的时候，创建的集群唯一id。可以重新fix生成
(13) hbase.version hbase 软件版本文件，代码静态版本，现在都是8
(14) master执行过程程序的状态保存，用于中断恢复执行使用。

(15) oldWALs 历史wal，即wal记录的数据已经确认持久化了，那么这些wal就会被移到这里。splitlog完成的那些就日志，也会被放到这里。

(16) tmp 临时辅助目录，比如写一个hbase.id文件，在这里写成功后，rename到 /hbase/hbase.id

(17) /hbase/.trashtables/data 当truncate table或者delete table的时候，这些数据会临时放在这里，默认1小时内被清

(18) 记录着一台RegionServer上的WAL日志文件。可以看到它是regionserver名字是有时间的，即下一次启动时RS的wal目录就会使用新的目录结构存放wal，这个旧的RS wal 目录就会被splitlog过程拆分回放

HBase涉及的主要文件及用途

HDFS静态文件，HDFS上的HBase 数据完整性

1. hfile文件：数据文件，目前最高版本也是默认常用版本为 3。 hfile文件结构细节可以参考官网http://hbase.apache.org/book....。我们这里逆向生成元数据主要使用到了HFile fileinfo的firstkey、lastkey信息。
2. hfilelink文件: 在hbase snapshot时用到, migration upgrade 也会使用到。很少碰到这类文件的运维问题，这里不作过多介绍。
3. reference文件：用来指定half hfile，一个region有reference时，这个region不能split。split/merge会创建这个。进行compaction后生成新的hfile后，会把这个reference删除。hfile的reference文件名格式一般是 hfile.parentEncRegion。如：/hbase/data/default/table/region-one/family/hfilename。其region-two有reference hfile文件名格式为：/hbase/data/default/table/region-two/family/hfile.region-one 通常无效引用就是 region-one的hfile不存在了，那么这个引用就会失效。他的修复方法一般是把reference无效的引用移除。
4. ".regioninfo" 文件，保存着 endkey/offline标志/regionid/regionName/split标志/startkey/tablename等
5. tableinfo文件这类文件保存着 tableName/table属性信息/table级别config信息/family信息。其中family信息保存着 famliyName/famiy属性/famliy级别config信息等。

通常，table属性有：REGION_MEMSTORE_REPLICATION,PRIORITY,IS_ROOT_KEY等，一般这些属性默认也是根据配置的一样。family属性有：BLOCKSIZE,TTL，REPLICATION_SCOPE等，一般属性是根据配置使用默认的。

1. hbase:meta表数据内容格式

   regionname, info:regioninfo, regioninfo的encodeValue值

   regionname, info:seqnumDuringOpen, 序列号

   regionname, info:server, region所在的server名

   regionname, info:serverstartcode, regionserver 启动的timestamp

元数据逆向生成原理

上述介绍的数据文件中，HBase的主要的元数据主要由meta表、tableinfo、regioninfo构成。这里的逆向生成元数据指的是，根据数据hfile数据文件，反向生成regioninfo/tableinfo/meta表的过程。

1. 逆向生成tableinfo文件

case1. 通过从master进程内存中的tabledescritor cache 完整恢复tableinfo文件，此时恢复的tableinfo是完整的，和之前的完全一样。

case2. 当cache中没有加载过此表的tableinfo时，修复过程只能从表的目录结构list所有familyNames 来恢复tableinfo，这个时候只能得到的是列簇的名字，恢复tableinfo文件内容中，除了表名、列簇名一致，其他的属性均采用默认值。这个时候如果运维人员知道有什么属性是自定义进去的，那么就需要要手动再次添加进去。

2. 逆向生成regioninfo文件

hfile 中的fileinfo读取firstkey/lastkey 排好序，得到region下所有hfile的最大rowkey和最小rowkey，并根据tableinfo中的表名 完整恢复 regioninfo文件。主要这里只能恢复 表明/startkey/endkey, 其他属性如：offline标志，regionName,split标志，hashcode等均使用代码生成或者配置的默认值。

3. 逆向填充meta表行

regioninfo文件序列化，填入meta表 info:regioninfo 列，并同时写入默认的server，等它被再次open的时候，重新分配region到实际的regionserver上，并更新这里的数据行。

逆向工程除了上面的直接文件、数据内容修复外，还涉及到数据的完整性其他方面修复。一个表示由无穷小的rowkey到无穷大的rowkey范围组成，还可能会发生的问题如：region空洞、region重叠现象，如：

如果有region空洞的时候，就会使用他们的空洞边界作为startkey/endkey，再修复创建一个region目录及目录下的regioninfo文件。如果是region重叠，则会把重叠的region进行合并，取所有region的最大最小rowkey作为merge后新region的最大最小rowkey。

元数据工具修复

元数据的缺少或者完整性有问题，会影响系统运行，甚至集群直接不可用。最常见的如 meta表上线失败，region 上线open失败等。这里介绍两个工具，​工具一: hbase hbck 在线修复完整性修复元数据信息，​工具二：OfflineMetaRepair 离线重建 hbase:meta 元数据表。

在线hbck修复：
​前提：HDFS fsck 确保 hbase跟目录下文件没有损坏丢失，如果有，则先进行corrupt block 移除。

​步骤1. hbase hbck 检查输出所以ERROR信息，每个ERROR都会说明错误信息。

​步骤2. hbase hbck -fixTableOrphones 先修复tableinfo缺失问题，根据内存cache或者hdfs table 目录结构，重新生成tableinfo文件。

​步骤3. hbase hbck -fixHdfsOrphones 修复regioninfo缺失问题，根据region目录下的hfile重新生成regioninfo文件

​步骤4. hbase hbck -fixHdfsOverlaps 修复region重叠问题，merge重叠的region为一个region目录，并从新生成一个regioninfo

​步骤5. hbase hbck -fixHdfsHoles 修复region缺失，利用缺失的rowkey范围边界，生成新的region目录以及regioninfo填补这个空洞。

​步骤6. hbase hbck -fixMeta 修复meta表信息，利用regioninfo信息，重新生成对应meta row填写到meta表中，并为其填写默认的分配regionserver

​步骤7. hbase hbck -fixAssignment 把这些offline的region触发上线，当region开始重新open 上线的时候，会被重新分配到真实的RegionServer上 , 并更新meta表上对应的行信息。

​

离线OfflineMetaRepair重建​：
前提：HDFS fsck 确保 hbase跟目录下文件没有损坏丢失，如果有，则先进行corrupt block 移除

​步骤1： 执行 hbase org.apache.hadoop.hbase.util.hbck.OfflineMetaRepair -fix

最后，两个工具使用说明都比较详细，经过上面的基础介绍，相信都会看的懂的。这里不对工具再细致说明，工具的说明可以参考官网或者工具提示。​题外话，有些开源组件设计的时候，向hbase元数据文件写入一些特有的信息，但是并没有修改到hbase工具的修复工具，或者它自己没有维护修复工具，如果这类文件损坏、丢失了，那么相应的组件就会运行不正常。使用这类组件的用户，应该不仅记录好你的表的基本结构，还要记录表的属性配置等，当发生修复运维行为的时候，主要再次核对确认。

​小结

本文介绍了运维hbase基础原理中的数据完整性以及逆向元数据修复原理，并举例介绍两个逆向修复元数据的工具和实用执行步骤。后续会出系列文章，说明更多hbase运维基础、运作原理等，希望对大家的运维和使用HBase有所帮助。
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