浅谈HDFS（二）之NameNode与SecondaryNameNode

NN与2NN工作机制

思考：NameNode中的元数据是存储在哪里的？

• 假设存储在NameNode节点的硬盘中，因为经常需要随机访问和响应客户请求，必然效率太低，所以是存储在内存中的
• 但是，如果存储在内存中，一旦断电，元数据丢失，整个集群便无法工作，因此会在硬盘中产生备份元数据的Fsimage
• 但是这样又会有新的问题出现，当内存中的元数据更新时，需要同时更新Fsimage，否则会发生一致性的问题；
• 但要更新的话，又会导致效率过低
• 因此，又引入了Edits文件，用来记录客户端更新元数据的每一步操作（只进行追加操作，效率很高），每当元数据有更新时，就把更新的操作记录到Edits中，Edits也存放在硬盘中
• 这样，一旦NameNode节点断电，可以通过Fsimage和Edits合并，生成最新的元数据
• 如果长时间一直添加操作数据到Edits，会导致文件数据过大，效率降低，而一旦断电会造成恢复时间过长，因此需要对Fsimage与Edits定期合并
• 而如果这些操作都交给NameNode节点完成，则又会造成效率降低
• 因此引入了一个辅助NameNode的新的节点SecondaryNameNode，专门用于Fsimage和Edits的合并

NN与2NN工作机制

1. 第一阶段：NameNode启动

   • 第一次启动NameNode格式化之后，创建Fsimage，Edits文件实在启动NameNode时生成的；如果不是第一次创建，会直接加载Edits和Fsimage到内存，在HDFS启动时会有一次Edits和Fsimage的合并操作，此时NameNode内存就持有最新的元数据信息
   • 客户端对元数据发送增删改（不记录查询操作，因为查询不改变元数据）的请求
   • NameNode会首先记录操作日志，，更新滚动日志
   • NameNode在内存中对元数据进行增删改操作

2. 第二阶段：SecondaryNameNode工作

   • SecondaryNameNode定期询问NameNode是否需要CheckPoint，直接带回NameNode是否检查的结果
   • 当CheckPoint定时时间到了或者Edits中的数据满了，SecondaryNameNode请求执行CheckPoint
   • NameNode滚动正在写的Edits，并生成新的空的edits.inprogress_002，滚动的目的是给Edits打个标记，以后所有更新操作都写入edits.inprogress_002中
   • 原来的Fsimage和Edits文件会拷贝到SecondaryNameNode节点，SecondaryNameNode会将它们加载到内存合并，生成新的镜像文件fsimage.chkpoint
   • 然后将新的镜像文件fsimage.chkpoint拷贝给NameNode，重命名为Fsimage，替换原来的镜像文件
   • 因此，最后当NameNode启动时，只需要加载之前未合并的Edits和Fsimage即可更新到最新的元数据信息

Fsimage与Edits解析

1. NameNode在格式化之后，将在/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name/current/目录下产生如下文件：

-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文件系统元数据的一个永久性的检查点，其中包含HDFS文件系统的所有目录和文件inode的序列化信息
• Edits（启动NameNode时生成）：存放HDFS文件系统所有更新操作，文件系统客户端执行的写操作首先会被记录到Edits文件中
• seen_txis：保存的时一个数字，是最新的edits_后的数字
• 每次NameNode启动的时候都会将Fsimage文件读入内存，加载Edits文件里的更新操作，保证内存中元数据的内容是最新的，同步的

1. oiv查看Fsimage文件

• 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

1. oev查看Edits文件

• 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

Checkpoint时间设置

默认情况下，SecondaryNameNode每隔一个小时或者当操作次数超过100万次时执行一次，但是操作次数的统计SecondaryNameNode自己做不到，需要借助NameNode，所以还有一个参数设置是namenode每隔一分钟检查一次操作次数，当操作次数达到100万时SecondaryNameNode开始执行Checkpoint，三个参数的设置都在hdfs_site.xml配置文件中，配置如下：

# SecondaryNameNode每隔一个小时执行一次
<property>
  <name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>
  <value>3600</value>
</property>

# SecondaryNameNode当操作次数超过100万次时执行一次
<property>
  <name>dfs.namenode.checkpoint.txns</name>
  <value>1000000</value>
<description>操作动作次数</description>
</property>

# NameNode一分钟检查一次操作次数
<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 >

NameNode故障处理

NameNode故障后有两种处理方式：

NameNode故障处理方式一：直接将SecondaryNameNode目录下的数据直接拷贝到NameNode目录下，然后重新启动NameNode

NameNode故障处理方式二：使用-importCheckpoint选项启动NameNode守护进程，从而将SecondaryNameNode目录下的数据直接拷贝到NameNode目录下

• 首先需要在hdfs_site.xml文件中添加如下配置

# SecondaryNameNode每隔两分钟执行一次
<property>
  <name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>
  <value>120</value>
</property>

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

• 然后，如果SecondaryNameNode和NameNode不在一个主机节点上，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
• 最后导入检查点数据（等待一会儿ctrl + c结束掉）

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

• 注意：执行完该命令后，观察namenode已经启动(临时启动)，而且每2分钟检查一次，如果确定已经恢复了数据，我们ctrl+c停止，然后自己手动起namenode
• ctrl+c之后，重启namenode即可恢复数据，但是并不能完全恢复，可能会将最新的Edits文件中的操作丢失

集群安全模式

什么是安全模式

1. NameNode启动时，首先将Fsimage载入内存，再执行Edits中的各项操作，一旦在内存中成功建立文件系统元数据的映像，则创建一个新的Fsimage文件和一个空的编辑日志，然后开始监听DataNode请求，在这个过程期间，NameNode一直运行在安全模式下，也就是NameNode对于客户端是只读的
2. DataNode启动时，系统中的数据块的位置并不是由NameNode维护的，而是由块列表的形式存储在DataNode中，在系统的正常操作期间，NameNode会在内存中保留所有块的映射信息。在安全模式下，各个DataNode会向NameNode发送最新的块列表信息，NameNode了解足够多的块列表信息后，即可高效运行文件系统
3. 安全模式退出判断：如果满足最小副本条件，NameNode会在30秒之后退出安全模式。最小副本条件是指在整个文件系统中99.9%的块满足最小副本级别（默认为1），即99.9%的块至少有一个副本存在。
4. 在启动一个刚刚格式化的HDFS集群时，由于系统中还没有任何块，所以NameNode不会进入安全模式

基本语法

• 集群处于安全模式时，不能执行任何重要操作（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）
# wait是指，如果在脚本中写入此命令，则脚本将等待安全模式退出后自动执行
（4）bin/hdfs dfsadmin -safemode wait        （功能描述：等待安全模式状态）

NameNode多目录配置

• 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，提高高可用性
• 具体需要在hdfs_site.xml中加入如下配置：

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