Hadoop 之 HDFS (NameNode 和 SecondaryNameNode)

五、NameNode 和 SecondaryNameNode（开发重点）

5.1 NN 和 2NN工作机制

• NameNode 中的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。
• 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。

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。

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。

NN和2NN工作机制详解：

• Fsimage：NameNode内存中元数据序列化后形成的文件。
• Edits：记录客户端更新元数据信息的每一步操作（可通过Edits运算出元数据）。
• NameNode启动时，先滚动Edits并生成一个空的edits.inprogress，然后加载Edits和Fsimage到内存中，此时NameNode内存就持有最新的元数据信息。Client开始对NameNode发送元数据的增删改的请求，这些请求的操作首先会被记录到edits.inprogress中（查询元数据的操作不会被记录在Edits中，因为查询操作不会更改元数据信息），如果此时NameNode挂掉，重启后会从Edits中读取元数据的信息。然后，NameNode会在内存中执行元数据的增删改的操作。
• 由于Edits中记录的操作会越来越多，Edits文件会越来越大，导致NameNode在启动加载Edits时会很慢，所以需要对Edits和Fsimage进行合并（所谓合并，就是将Edits和Fsimage加载到内存中，照着Edits中的操作一步步执行，最终形成新的Fsimage）。SecondaryNameNode的作用就是帮助NameNode进行Edits和Fsimage的合并工作。
• SecondaryNameNode首先会询问NameNode是否需要CheckPoint（触发CheckPoint需要满足两个条件中的任意一个，定时时间到和Edits中数据写满了）。直接带回NameNode是否检查结果。SecondaryNameNode执行CheckPoint操作，首先会让NameNode滚动Edits并生成一个空的edits.inprogress，滚动Edits的目的是给Edits打个标记，以后所有新的操作都写入edits.inprogress，其他未合并的Edits和Fsimage会拷贝到SecondaryNameNode的本地，然后将拷贝的Edits和Fsimage加载到内存中进行合并，生成fsimage.chkpoint，然后将fsimage.chkpoint拷贝给NameNode，重命名为Fsimage后替换掉原来的Fsimage。NameNode在启动时就只需要加载之前未合并的Edits和Fsimage即可，因为合并过的Edits中的元数据信息已经被记录在Fsimage中。

5.2 Fsimage和Edits解析

5.2.1 oiv查看Fsimage文件

（1）查看oiv和oev命令

[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ hdfs
oev                  apply the offline edits viewer to an edits file
oiv                  apply the offline fsimage viewer to an fsimage

（2）基本语法

​ hdfs oiv -p 文件类型 -i 镜像文件(fsimage) -o 转换后文件输出路径

（3）案例实操

[xiaoxq@hadoop105 current]$ pwd
/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name/current

[xiaoxq@hadoop105 current]$ hdfs oiv -p XML -i fsimage_0000000000000000217 -o /opt/module/hadoop-3.1.3/fsimage.xml

[xiaoxq@hadoop105 current]$ cat /opt/module/hadoop-3.1.3/fsimage.xml

将显示的xml文件内容拷贝到Eclipse中创建的xml文件中，并格式化。部分显示结果如下。

<INodeSection><lastInodeId>16431</lastInodeId><numInodes>30</numInodes>
<inode><id>16385</id><type>DIRECTORY</type><name></name><mtime>1595500346483</mtime><permission>xiaoxq:supergroup:0777</permission><nsquota>9223372036854775807</nsquota><dsquota>-1</dsquota></inode>
<inode><id>16386</id><type>DIRECTORY</type><name>tmp</name><mtime>1595500240229</mtime><permission>xiaoxq:supergroup:0772</permission><nsquota>-1</nsquota><dsquota>-1</dsquota></inode>
<inode><id>16387</id><type>DIRECTORY</type><name>hadoop-yarn</name><mtime>1595469979960</mtime><permission>xiaoxq:supergroup:0772</permission><nsquota>-1</nsquota><dsquota>-1</dsquota></inode>
<inode><id>16388</id><type>DIRECTORY</type><name>staging</name><mtime>1595488432395</mtime><permission>xiaoxq:supergroup:0772</permission><nsquota>-1</nsquota><dsquota>-1</dsquota></inode>
<inode><id>16389</id><type>DIRECTORY</type><name>history</name><mtime>1595469980001</mtime><permission>xiaoxq:supergroup:0772</permission><nsquota>-1</nsquota><dsquota>-1</dsquota></inode>
<inode><id>16390</id><type>DIRECTORY</type><name>done</name><mtime>1595500269466</mtime><permission>xiaoxq:supergroup:0772</permission><nsquota>-1</nsquota><dsquota>-1</dsquota></inode>
<inode><id>16391</id><type>DIRECTORY</type><name>done_intermediate</name><mtime>1595500242881</mtime><permission>xiaoxq:supergroup:1777</permission><nsquota>-1</nsquota><dsquota>-1</dsquota></inode>
<inode><id>16392</id><type>DIRECTORY</type><name>xiaoxq</name><mtime>1595488432396</mtime><permission>xiaoxq:supergroup:0722</permission><nsquota>-1</nsquota><dsquota>-1</dsquota></inode>
<inode><id>16393</id><type>DIRECTORY</type><name>.staging</name><mtime>1595500258319</mtime><permission>xiaoxq:supergroup:0700</permission><nsquota>-1</nsquota><dsquota>-1</dsquota></inode>
<inode><id>16396</id><type>DIRECTORY</type><name>input</name><mtime>1595494527187</mtime><permission>xiaoxq:supergroup:0777</permission><nsquota>-1</nsquota><dsquota>-1</dsquota></inode>
<inode><id>16397</id><type>FILE</type><name>word.txt</name><replication>3</replication><mtime>1595494527178</mtime><atime>1595580643351</atime><preferredBlockSize>134217728</preferredBlockSize><permission>xiaoxq:supergroup:0666</permission><blocks><block><id>1073741826</id><genstamp>1002</genstamp><numBytes>94</numBytes></block>
</blocks>
<storagePolicyId>0</storagePolicyId></inode>
<inode><id>16399</id><type>DIRECTORY</type><name>input2</name><mtime>1595495666114</mtime><permission>dr.who:supergroup:0755</permission><nsquota>-1</nsquota><dsquota>-1</dsquota></inode>
<inode><id>16400</id><type>FILE</type><name>word.txt</name><replication>3</replication><mtime>1595495666109</mtime><atime>1595495665904</atime><preferredBlockSize>134217728</preferredBlockSize><permission>xiaoxq:supergroup:0644</permission><blocks><block><id>1073741829</id><genstamp>1005</genstamp><numBytes>94</numBytes></block>
</blocks>

思考：可以看出，Fsimage中没有记录块所对应DataNode，为什么？

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

5.2.2 oev 查看 Edits 文件

（1）基本语法

​ hdfs oev -p 文件类型 -i 编辑日志(Edits) -o 转换后文件输出路径

（2）案例实操

[xiaoxq@hadoop105 current]$ hdfs oev -p XML -i edits_0000000000000000012-0000000000000000013 -o /opt/module/hadoop-3.1.3/edits.xml

[xiaoxq@hadoop105 current]$ cat /opt/module/hadoop-3.1.3/edits.xml

5.3 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 >

5.4 NameNode 故障处理（扩展）

NameNode 故障后，可以采用如下两种方法恢复数据。

1）将 SecondaryNameNode 中数据拷贝到 NameNode 存储数据的目录；

（1）kill -9 NameNode 进程

（2）删除 NameNode 存储的数据（/opt/module/hadoop-3.1.3/data/tmp/dfs/name）

[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ rm -rf /opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name/*

（3）拷贝 SecondaryNameNode 中数据到原 NameNode 存储数据目录

[xiaoxq@hadoop105 dfs]$ scp -r xiaoxq@hadoop107/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/namesecondary/* ./name/

（4）重新启动 NameNode

[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ hdfs --daemon start namenode

2）使用 -importCheckpoint 选项启动 NameNode 守护进程，从而将 SecondaryNameNode 中数据拷贝到 NameNode 目录中。

（1）修改hdfs-site.xml中的

<property>
	<name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>
	<value>120</value>
</property>
<property>
	<name>dfs.namenode.name.dir</name>
	<value>/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name</value>
</property>

（2）kill -9 NameNode 进程

（3）删除 NameNode 存储的数据（/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name）

[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ rm -rf /opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name/*

（4）如果 SecondaryNameNode 不和 NameNode 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

[xiaoxq@hadoop105 dfs]$ scp -r xiaoxq@hadoop107:/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/namesecondary ./
[xiaoxq@hadoop105 namesecondary]$ rm -rf in_use.lock
[xiaoxq@hadoop105 dfs]$ pwd
/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs

[xiaoxq@hadoop105 dfs]$ ls
data  name  namesecondary

（5）导入检查点数据（等待一会ctrl+c结束掉）

[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ bin/hdfs namenode -importCheckpoint

（6）启动NameNode

[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ hdfs --daemon start namenode

5.5 集群安全模式

1）基本语法

​ 集群处于安全模式，不能执行重要操作（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）

（4）bin/hdfs dfsadmin -safemode wait （功能描述：等待安全模式状态）

2）案例

​ 模拟等待安全模式

3）查看当前模式

[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ hdfs dfsadmin -safemode get
Safe mode is OFF

4）先进入安全模式

[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ bin/hdfs dfsadmin -safemode enter

5）创建并执行下面的脚本

在/opt/module/hadoop-3.1.3路径上，编辑一个脚本safemode.sh

[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ touch safemode.sh
[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ vim safemode.sh

#!/bin/bash
hdfs dfsadmin -safemode wait
hdfs dfs -put /opt/module/hadoop-3.1.3/README.txt /

[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ chmod 777 safemode.sh
[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ ./safemode.sh 

6）再打开一个窗口，执行

[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ bin/hdfs dfsadmin -safemode leave

7）观察

8）再观察上一个窗口

Safe mode is OFF

9）HDFS 集群上已经有上传的数据了。

5.6 NameNode 多目录配置

1）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

2）具体配置如下

​ （1）在hdfs-site.xml文件中添加如下内容

<property>
	<name>dfs.namenode.name.dir</name>
	<value>file://${hadoop.tmp.dir}/dfs/name1,file://${hadoop.tmp.dir}/dfs/name2</value>
</property>

​ （2）停止集群（stop）后，删除三台节点的 data 和 logs 中所有数据。

[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/
[xiaoxq@hadoop106 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/
[xiaoxq@hadoop107 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/

​ （3）格式化集群并启动。

[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ bin/hdfs namenode –format
[xiaoxq@hadoop105 hadoop-3.1.3]$ sbin/start-dfs.sh

​ （4）查看结果

[xiaoxq@hadoop105 dfs]$ ll
drwx------. 3 xiaoxq xiaoxq 4096 12月 11 08:03 data
drwxrwxr-x. 3 xiaoxq xiaoxq 4096 12月 11 08:03 name1
drwxrwxr-x. 3 xiaoxq xiaoxq 4096 12月 11 08:03 name2