【Hadoop_05】NN、2NN以及DataNode的工作机制

1、NameNode和SecondaryNameNode
- 1.1 NN和2NN工作机制
- 1.2 Fsimage和Edits解析
- 1.3 CheckPoint时间设置
2、DataNode
- 2.1 DataNode工作机制
- 2.2 数据完整性
- 2.3 掉线时限参数设置

1、NameNode和SecondaryNameNode

1.1 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。

FsImage记录的是结果的值，比如a=100、b=30等。Edits记录的是计算的步骤，比如a*2、b-12等。因此FsImage和Edits需要合并。

当服务器一启动的时候，就会将FsImage和Edits加载到内存。
当服务器一关机的时候，就会将FsImage和Edits进行合并。【是2NN将这两个文件定期合并】

NameNode工作机制：
在这里插入图片描述

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在内存中对元数据进行增删改。

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。

1.2 Fsimage和Edits解析

在这里插入图片描述

1）oiv查看Fsimage文件

（1）查看oiv和oev命令

[root@hadoop102 current]$ hdfs

oiv：将离线fsimage查看器应用于fsimage
oev：将离线编辑查看器应用于编辑文件

（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

[root@hadoop102 current]$ pwd
/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name/current

[root@hadoop102 current]$ hdfs oiv -p XML -i fsimage_0000000000000000025 -o /opt/module/hadoop-3.1.3/fsimage.xml

[root@hadoop102 current]$ cat /opt/module/hadoop-3.1.3/fsimage.xml

将显示的xml文件内容拷贝到Idea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 >

可以看出，Fsimage中没有记录块所对应DataNode，为什么？

原因：在集群启动后，要求DataNode主动上报数据块信息，并间隔一段时间后再次上报。

2）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

[root@hadoop102 current]$ hdfs oev -p XML -i edits_0000000000000000012-0000000000000000013 -o /opt/module/hadoop-3.1.3/edits.xml
[root@hadoop102 current]$ cat /opt/module/hadoop-3.1.3/edits.xml

将显示的xml文件内容拷贝到Idea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>192.168.10.102</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>

1.3 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>3600s</value>
</property>

2）一分钟检查一次操作次数，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>60s</value>
<description> 1分钟检查一次操作次数</description>
</property>

2、DataNode

2.1 DataNode工作机制

在这里插入图片描述
（1）一个数据块在DataNode上以文件形式存储在磁盘上，包括两个文件，一个是数据本身，一个是元数据包括数据块的长度，块数据的校验和，以及时间戳。
（2）DataNode启动后向NameNode注册，通过后，周期性（6小时）的向NameNode上报所有的块信息。
DN向NN汇报当前解读信息的时间间隔，默认6小时；

<property><name>dfs.blockreport.intervalMsec</name><value>21600000</value><description>Determines block reporting interval in milliseconds.</description>
</property>

DN扫描自己节点块信息列表的时间，默认6小时

<property><name>dfs.datanode.directoryscan.interval</name><value>21600s</value><description>Interval in seconds for Datanode to scan data directories and reconcile the difference between blocks in memory and on the disk.Support multiple time unit suffix(case insensitive), as describedin dfs.heartbeat.interval.</description>
</property>

（3）心跳是每3秒一次，心跳返回结果带有NameNode给该DataNode的命令如复制块数据到另一台机器，或删除某个数据块。如果超过10分钟没有收到某个DataNode的心跳，则认为该节点不可用。

（4）集群运行中可以安全加入和退出一些机器。

2.2 数据完整性

如果电脑磁盘里面存储的数据是控制高铁信号灯的红灯信号（1）和绿灯信号（0），但是存储该数据的磁盘坏了，一直显示是绿灯，是否很危险？同理DataNode节点上的数据损坏了，却没有发现，是否也很危险，那么如何解决呢？
如下是DataNode节点保证数据完整性的方法。
（1）当DataNode读取Block的时候，它会计算CheckSum。
（2）如果计算后的CheckSum，与Block创建时值不一样，说明Block已经损坏。
（3）Client读取其他DataNode上的Block。
（4）常见的校验算法crc（32），md5（128），sha1（160）
（5）DataNode在其文件创建后周期验证CheckSum。

在这里插入图片描述

实际上使用的不是简单的奇偶校验，而是采用crc校验位。

2.3 掉线时限参数设置

在这里插入图片描述

需要注意的是hdfs-site.xml 配置文件中的heartbeat.recheck.interval的单位为毫秒，dfs.heartbeat.interval的单位为秒。

300000毫秒=300秒=5分钟

<property><name>dfs.namenode.heartbeat.recheck-interval</name><value>300000</value>
</property><property><name>dfs.heartbeat.interval</name><value>3</value>
</property>