Hadoop之NameNode目录结构

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Hadoop之NameNode目录结构相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

参考技术A 为了后面能够更加熟悉的保障Hadoop集群的平稳运行,我们需要深入的了解NameNode、SecondaryNameNode(也称辅助NameNode)以及datanode等HDFS组件在磁盘上的目录结构以及运行的原理。这篇文章我们就一起来看一下NameNode的目录结构。

NameNode的工作目录就是我门指定的hadoop工作目录(由hadoop.tmp.dir配置项指定,配置在core-site.xml文件内)下的dfs/name目录。

VERSION 文件中包含正在运行的HDFS的版本信息,一般情况下应该包含下面的内容:

当我们操作HDFS中的文件时,这些操作首先会被写入到编辑日志中,然后相关的文件数据也会被更新。编辑日志文件在概念上是单个实体,但是它其实是存储在磁盘上的多个文件上的,我们看到了很多的edits_000xxx就是编辑日志。但是任何一个时刻都只有一个编辑日志文件处于打开可写的状态(edits_inprogress_000xxx)。
其实这个有点类似日志滚动的概念。

编辑日志不会是无限的增长的,集群中的SecondaryNameNode会定期为namenode内存中的文件系统元数据创建系统镜像,具体的创建过程参照下图。

edits日志文件合并的触发条件受两个配置项的控制,dfs.namenode.checkpoint.period(单位为秒),这个配置项是从时间维度上的控制,默认情况下是每隔1个小时触发一次合并。
第二个配置项是dfs.namenode.checkpoint.txns,这个配置是从编辑日志大大小维度上进行控制的,默认是如果从上一个检查点开始编辑日志已经达到了100万个事务就合并。检查编辑日志大小的频率默认是1分钟检查一次,可由dfs.namenode.checkpoint.check.period(单位为秒)配置项来改变。

Hadoop技术之HDFS工作流程与机制Apache Hadoop概述


一、HDFS集群角色与职责

官方架构图

Hadoop技术之HDFS工作流程与机制Apache

 主角色:  namenode

NameNode是Hadoop分布式文件系统的核心,架构中的主角色。

NameNode维护和管理文件系统元数据,包括名称空间目录树结构、文件和块的位置信息、访问权限等信息。    

基于此,  NameNode成为了访问HDFS的唯一入口。

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 主角色:  namenode

NameNode内部通过内存和磁盘文件两种方式管理元数据。

其中磁盘上的元数据文件包括Fsimage内存元数据镜像文件和edits log  (Journal)编辑日志。

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从角色:  datanode

DataNode是Hadoop HDFS中的从角色,负责具体的数据块存储。

DataNode的数量决定了HDFS集群的整体数据存储能力。通过和NameNode配合维护着数据块。

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主角色辅助角色:   secondarynamenode

Secondary NameNode充当NameNode的辅助节点,但不能替代NameNode。

主要是帮助主角色进行元数据文件的合并动作。可以通俗的理解为主角色的“秘书”。

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 namenode职责

NameNode仅存储HDFS的元数据:文件系统中所有文件的目录树,  并跟踪整个集群中的文件,  不存储实际数据。    

NameNode知道HDFS中任何给定文件的块列表及其位置。使用此信息NameNode知道如何从块中构建文件。        

NameNode不持久化存储每个文件中各个块所在的datanode的位置信息,  这些信息会在系统启动时从DataNode
重建。

NameNode是Hadoop集群中的单点故障。

NameNode所在机器通常会配置有大量内存(RAM)  。

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datanode职责

DataNode负责最终数据块block的存储。是集群的从角色,也称为Slave。

DataNode启动时,会将自己注册到NameNode并汇报自己负责持有的块列表。

当某个DataNode关闭时,不会影响数据的可用性。  

NameNode将安排由其他DataNode管理的块进行副本复制。

DataNode所在机器通常配置有大量的硬盘空间,  因为实际数据存储在DataNode中。

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二、HDFS写数据流程(上传文件) 

写数据完整流程图

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核心概念--Pipeline管道

 Pipeline,中文翻译为管道。这是HDFS在上传文件写数据过程中采用的一种数据传输方式。

客户端将数据块写入第一个数据节点,  第一个数据节点保存数据之后再将块复制到第二个数据节点,  后者保存后将其复制到第三个数据节点。

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核心概念--Pipeline管道

为什么datanode之间采用pipeline线性传输,而不是一次给三个datanode拓扑式传输呢?

因为数据以管道的方式,  顺序的沿着一个方向传输,  这样能够充分利用每个机器的带宽,避免网络瓶颈和高延迟时的连接,最小化推送所有数据的延时。

在线性推送模式下,每台机器所有的出口宽带都用于以最快的速度传输数据,而不是在多个接受者之间分配宽带。

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核心概念--ACK应答响应

ACK (Acknowledge character)即是确认字符,在数据通信中,接收方发给发送方的一种传输类控制字符。表示发来的数据已确认接收无误。

在HDFS pipeline管道传输数据的过程中,传输的反方向会进行ACK校验,  确保数据传输安全。

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核心概念--默认3副本存储策略

默认副本存储策略是由BlockPlacementPolicyDefault指定。 

核心概念--默认3副本存储策略
    第一块副本:优先客户端本地,  否则随机
    第二块副本:不同于第一块副本的不同机架。
    第三块副本:第二块副本相同机架不同机器。

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1、HDFS客户端创建对象实例DistributedFileSystem,   该对象中封装了与HDFS文件系统操作的相关方法。

2、调用DistributedFileSystem对象的create()方法,通过RPC请求NameNode创建文件。
NameNode执行各种检查判断:目标文件是否存在、父目录是否存在、客户端是否具有创建该文件的权限。检查通过 ,  NameNode就会为本次请求记下一条记录,返回FSDataOutputStream输出流对象给客户端用于写数据。 

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3、客户端通过FSDataOutputStream输出流开始写入数据。

4、客户端写入数据时,将数据分成一个个数据包(packet 默认64k)  , 内部组件DataStreamer请求NameNode挑 选出适合存储数据副本的一组DataNode地址,默认是3副本存储。
DataStreamer将数据包流式传输到pipeline的第一个DataNode,该DataNode存储数据包并将它发送到pipeline的第 二个DataNode。  同样,第二个DataNode存储数据包并且发送给第三个(也是最后一个)  DataNode。 

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5、传输的反方向上,  会通过ACK机制校验数据包传输是否成功;

6、客户端完成数据写入后,在FSDataOutputStream输出流上调用close()方法关闭。

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7、  DistributedFileSystem联系NameNode告知其文件写入完成,等待NameNode确认。

因为namenode已经知道文件由哪些块组成(DataStream请求分配数据块),  因此仅需等待最小复制块即可成功返回。

最小复制是由参数dfs.namenode.replication.min指定,默认是1.

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三、HDFS读数据流程(下载文件)

读数据完整流程图

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 1、  HDFS客户端创建对象实例DistributedFileSystem,   调用该对象的open()方法来打开希望读取的文件。

2、  DistributedFileSystem使用RPC调用namenode来确定文件中前几个块的块位置(分批次读取)  信息。对于每个块,  namenode返回具有该块所有副本的datanode位置地址列表,并且该地址列表是排序好的,  与客户端的 网络拓扑距离近的排序靠前。 

Hadoop技术之HDFS工作流程与机制Apache

3、  DistributedFileSystem将FSDataInputStream输入流返回到客户端以供其读取数据。

4、客户端在FSDataInputStream输入流上调用read()方法。然后,已存储DataNode地址的InputStream连接到文件 中第一个块的最近的DataNode。数据从DataNode流回客户端,  结果客户端可以在流上重复调用read  ()  。

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5、当该块结束时,  FSDataInputStream将关闭与DataNode的连接,然后寻找下一个block块的最佳datanode位置。 这些操作对用户来说是透明的。所以用户感觉起来它一直在读取一个连续的流。客户端从流中读取数据时,也会根据需要询问NameNode来检索下一批数据块的DataNode位置信息。

6、一旦客户端完成读取,就对FSDataInputStream调用close()方法。

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以上是关于Hadoop之NameNode目录结构的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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