深入HBase架构解析

Bertha 。 2022-06-14 11:25 315阅读 0赞

## 前记 ##

公司内部使用的是MapR版本的Hadoop生态系统，因而从MapR的官网看到了这篇文文章： [An In-Depth Look at the HBase Architecture][] ，原本想翻译全文，然而如果翻译就需要各种咬文嚼字，太麻烦，因而本文大部分使用了自己的语言，并且加入了其他资源的参考理解以及本人自己读源码时对其的理解，属于半翻译、半原创吧。

## HBase架构组成 ##

HBase采用Master/Slave架构搭建集群，它隶属于Hadoop生态系统，由一下类型节点组成：HMaster节点、HRegionServer节点、ZooKeeper集群，而在底层，它将数据存储于HDFS中，因而涉及到HDFS的NameNode、DataNode等，总体结构如下：  
![HBaseArch1.jpg][]  
其中 HMaster节点 用于：

1.  管理HRegionServer，实现其负载均衡。
2.  管理和分配HRegion，比如在HRegion split时分配新的HRegion；在HRegionServer退出时迁移其内的HRegion到其他HRegionServer上。
3.  实现DDL操作（Data Definition Language，namespace和table的增删改，column familiy的增删改等）。
4.  管理namespace和table的元数据（实际存储在HDFS上）。
5.  权限控制（ACL）。

HRegionServer节点 用于：

1.  存放和管理本地HRegion。
2.  读写HDFS，管理Table中的数据。
3.  Client直接通过HRegionServer读写数据（从HMaster中获取元数据，找到RowKey所在的HRegion/HRegionServer后）。

ZooKeeper集群是协调系统 ，用于：

1.  存放整个 HBase集群的元数据以及集群的状态信息。
2.  实现HMaster主从节点的failover。

HBase Client通过RPC方式和HMaster、HRegionServer通信；一个HRegionServer可以存放1000个HRegion；底层Table数据存储于HDFS中，而HRegion所处理的数据尽量和数据所在的DataNode在一起，实现数据的本地化；数据本地化并不是总能实现，比如在HRegion移动(如因Split)时，需要等下一次Compact才能继续回到本地化。  
  
本着半翻译的原则，再贴一个《An In-Depth Look At The HBase Architecture》的架构图：  
![HBaseArchitecture-Blog-Fig1.png][]  
这个架构图比较清晰的表达了HMaster和NameNode都支持多个热备份，使用ZooKeeper来做协调；ZooKeeper并不是云般神秘，它一般由三台机器组成一个集群，内部使用PAXOS算法支持三台Server中的一台宕机，也有使用五台机器的，此时则可以支持同时两台宕机，既少于半数的宕机，然而随着机器的增加，它的性能也会下降；RegionServer和DataNode一般会放在相同的Server上实现数据的本地化。

## HRegion ##

HBase使用RowKey将表水平切割成多个HRegion，从HMaster的角度，每个HRegion都纪录了它的StartKey和EndKey（第一个HRegion的StartKey为空，最后一个HRegion的EndKey为空），由于RowKey是排序的，因而Client可以通过HMaster快速的定位每个RowKey在哪个HRegion中。HRegion由HMaster分配到相应的HRegionServer中，然后由HRegionServer负责HRegion的启动和管理，和Client的通信，负责数据的读(使用HDFS)。每个HRegionServer可以同时管理1000个左右的HRegion（这个数字怎么来的？没有从代码中看到限制，难道是出于经验？超过1000个会引起性能问题？ 来回答这个问题 ：感觉这个1000的数字是从BigTable的论文中来的（5 Implementation节）：Each tablet server manages a set of tablets(typically we have somewhere between ten to a thousand tablets per tablet server)）。  
![HBaseArchitecture-Blog-Fig2.png][]

## HMaster ##

HMaster没有单点故障问题，可以启动多个HMaster，通过ZooKeeper的Master Election机制保证同时只有一个HMaster出于Active状态，其他的HMaster则处于热备份状态。一般情况下会启动两个HMaster，非Active的HMaster会定期的和Active HMaster通信以获取其最新状态，从而保证它是实时更新的，因而如果启动了多个HMaster反而增加了Active HMaster的负担。前文已经介绍过了HMaster的主要用于HRegion的分配和管理，DDL(Data Definition Language，既Table的新建、删除、修改等)的实现等，既它主要有两方面的职责：

1.  协调HRegionServer
    
    1.  启动时HRegion的分配，以及负载均衡和修复时HRegion的重新分配。
    2.  监控集群中所有HRegionServer的状态(通过Heartbeat和监听ZooKeeper中的状态)。  
        
2.  Admin职能
    
    1.  创建、删除、修改Table的定义。

![HBaseArchitecture-Blog-Fig3.png][]

## ZooKeeper：协调者 ##

ZooKeeper为HBase集群提供协调服务，它管理着HMaster和HRegionServer的状态(available/alive等)，并且会在它们宕机时通知给HMaster，从而HMaster可以实现HMaster之间的failover，或对宕机的HRegionServer中的HRegion集合的修复(将它们分配给其他的HRegionServer)。ZooKeeper集群本身使用一致性协议(PAXOS协议)保证每个节点状态的一致性。  
![HBaseArchitecture-Blog-Fig4.png][]

## How The Components Work Together ##

ZooKeeper协调集群所有节点的共享信息，在HMaster和HRegionServer连接到ZooKeeper后创建Ephemeral节点，并使用Heartbeat机制维持这个节点的存活状态，如果某个Ephemeral节点实效，则HMaster会收到通知，并做相应的处理。  
![HBaseArchitecture-Blog-Fig5.png][]  
另外，HMaster通过监听ZooKeeper中的Ephemeral节点(默认：/hbase/rs/\*)来监控HRegionServer的加入和宕机。在第一个HMaster连接到ZooKeeper时会创建Ephemeral节点(默认：/hbasae/master)来表示Active的HMaster，其后加进来的HMaster则监听该Ephemeral节点，如果当前Active的HMaster宕机，则该节点消失，因而其他HMaster得到通知，而将自身转换成Active的HMaster，在变为Active的HMaster之前，它会创建在/hbase/back-masters/下创建自己的Ephemeral节点。

### HBase的第一次读写 ###

在HBase 0.96以前，HBase有两个特殊的Table：-ROOT-和.META.（如 [BigTable][] 中的设计），其中-ROOT- Table的位置存储在ZooKeeper，它存储了.META. Table的RegionInfo信息，并且它只能存在一个HRegion，而.META. Table则存储了用户Table的RegionInfo信息，它可以被切分成多个HRegion，因而对第一次访问用户Table时，首先从ZooKeeper中读取-ROOT- Table所在HRegionServer；然后从该HRegionServer中根据请求的TableName，RowKey读取.META. Table所在HRegionServer；最后从该HRegionServer中读取.META. Table的内容而获取此次请求需要访问的HRegion所在的位置，然后访问该HRegionSever获取请求的数据，这需要三次请求才能找到用户Table所在的位置，然后第四次请求开始获取真正的数据。当然为了提升性能，客户端会缓存-ROOT- Table位置以及-ROOT-/.META. Table的内容。如下图所示：  
![image0030.jpg][]  
可是即使客户端有缓存，在初始阶段需要三次请求才能直到用户Table真正所在的位置也是性能低下的，而且真的有必要支持那么多的HRegion吗？或许对Google这样的公司来说是需要的，但是对一般的集群来说好像并没有这个必要。在BigTable的论文中说，每行METADATA存储1KB左右数据，中等大小的Tablet(HRegion)在128MB左右，3层位置的Schema设计可以支持2^34个Tablet(HRegion)。即使去掉-ROOT- Table，也还可以支持2^17(131072)个HRegion， 如果每个HRegion还是128MB，那就是16TB，这个貌似不够大，但是现在的HRegion的最大大小都会设置的比较大，比如我们设置了2GB，此时支持的大小则变成了4PB，对一般的集群来说已经够了，因而在HBase 0.96以后去掉了-ROOT- Table，只剩下这个特殊的目录表叫做Meta Table(hbase:meta)，它存储了集群中所有用户HRegion的位置信息，而ZooKeeper的节点中(/hbase/meta-region-server)存储的则直接是这个Meta Table的位置，并且这个Meta Table如以前的-ROOT- Table一样是不可split的。这样，客户端在第一次访问用户Table的流程就变成了：

1.  从ZooKeeper(/hbase/meta-region-server)中获取hbase:meta的位置（HRegionServer的位置），缓存该位置信息。
2.  从HRegionServer中查询用户Table对应请求的RowKey所在的HRegionServer，缓存该位置信息。
3.  从查询到HRegionServer中读取Row。

从这个过程中，我们发现客户会缓存这些位置信息，然而第二步它只是缓存当前RowKey对应的HRegion的位置，因而如果下一个要查的RowKey不在同一个HRegion中，则需要继续查询hbase:meta所在的HRegion，然而随着时间的推移，客户端缓存的位置信息越来越多，以至于不需要再次查找hbase:meta Table的信息，除非某个HRegion因为宕机或Split被移动，此时需要重新查询并且更新缓存。  
![HBaseArchitecture-Blog-Fig6.png][]

### hbase:meta表 ###

hbase:meta表存储了所有用户HRegion的位置信息，它的RowKey是：tableName,regionStartKey,regionId,replicaId等，它只有info列族，这个列族包含三个列，他们分别是：info:regioninfo列是RegionInfo的proto格式：regionId,tableName,startKey,endKey,offline,split,replicaId；info:server格式：HRegionServer对应的server:port；info:serverstartcode格式是HRegionServer的启动时间戳。  
![HBaseArchitecture-Blog-Fig7.png][]

## HRegionServer详解 ##

HRegionServer一般和DataNode在同一台机器上运行，实现数据的本地性。HRegionServer包含多个HRegion，由WAL(HLog)、BlockCache、MemStore、HFile组成。

1.  **WAL即Write Ahead Log**，在早期版本中称为HLog，它是HDFS上的一个文件，如其名字所表示的，所有写操作都会先保证将数据写入这个Log文件后，才会真正更新MemStore，最后写入HFile中。采用这种模式，可以保证HRegionServer宕机后，我们依然可以从该Log文件中读取数据，Replay所有的操作，而不至于数据丢失。这个Log文件会定期Roll出新的文件而删除旧的文件(那些已持久化到HFile中的Log可以删除)。WAL文件存储在/hbase/WALs/$\{HRegionServer\_Name\}的目录中(在0.94之前，存储在/hbase/.logs/目录中)，一般一个HRegionServer只有一个WAL实例，也就是说一个HRegionServer的所有WAL写都是串行的(就像log4j的日志写也是串行的)，这当然会引起性能问题，因而在HBase 1.0之后，通过[HBASE-5699][]实现了多个WAL并行写(MultiWAL)，该实现采用HDFS的多个管道写，以单个HRegion为单位。关于WAL可以参考Wikipedia的[Write-Ahead Logging][]。顺便吐槽一句，英文版的维基百科竟然能毫无压力的正常访问了，这是某个GFW的疏忽还是以后的常态？
2.  **BlockCache是一个读缓存**，即“引用局部性”原理（也应用于CPU，[分空间局部性和时间局部性][Link 1]，空间局部性是指CPU在某一时刻需要某个数据，那么有很大的概率在一下时刻它需要的数据在其附近；时间局部性是指某个数据在被访问过一次后，它有很大的概率在不久的将来会被再次的访问），将数据预读取到内存中，以提升读的性能。HBase中提供两种BlockCache的实现：默认on-heap LruBlockCache和BucketCache(通常是off-heap)。通常BucketCache的性能要差于LruBlockCache，然而由于GC的影响，LruBlockCache的延迟会变的不稳定，而BucketCache由于是自己管理BlockCache，而不需要GC，因而它的延迟通常比较稳定，这也是有些时候需要选用BucketCache的原因。这篇文章[BlockCache101][]对on-heap和off-heap的BlockCache做了详细的比较。
3.  **HRegion是一个Table中的一个Region在一个HRegionServer中的表达**。一个Table可以有一个或多个Region，他们可以在一个相同的HRegionServer上，也可以分布在不同的HRegionServer上，一个HRegionServer可以有多个HRegion，他们分别属于不同的Table。HRegion由多个Store(HStore)构成，每个HStore对应了一个Table在这个HRegion中的一个Column Family，即每个Column Family就是一个集中的存储单元，因而最好将具有相近IO特性的Column存储在一个Column Family，以实现高效读取(数据局部性原理，可以提高缓存的命中率)。HStore是HBase中存储的核心，它实现了读写HDFS功能，一个HStore由一个MemStore 和0个或多个StoreFile组成。  
    
    
    1.  **MemStore是一个写缓存**(In Memory Sorted Buffer)，所有数据的写在完成WAL日志写后，会 写入MemStore中，由MemStore根据一定的算法将数据Flush到地层HDFS文件中(HFile)，通常每个HRegion中的每个 Column Family有一个自己的MemStore。
    2.  **HFile(StoreFile) 用于存储HBase的数据(Cell/KeyValue)**。在HFile中的数据是按RowKey、Column Family、Column排序，对相同的Cell(即这三个值都一样)，则按timestamp倒序排列。

![HBaseArchitecture-Blog-Fig8.png][]  
虽然上面这张图展现的是最新的HRegionServer的架构(但是并不是那么的精确)，但是我一直比较喜欢看以下这张图，即使它展现的应该是0.94以前的架构。  
![image0060.jpg][]

### HRegionServer中数据写流程图解 ###

当客户端发起一个Put请求时，首先它从hbase:meta表中查出该Put数据最终需要去的HRegionServer。然后客户端将Put请求发送给相应的HRegionServer，在HRegionServer中它首先会将该Put操作写入WAL日志文件中(Flush到磁盘中)。  
![HBaseArchitecture-Blog-Fig9.png][]  
写完WAL日志文件后，HRegionServer根据Put中的TableName和RowKey找到对应的HRegion，并根据Column Family找到对应的HStore，并将Put写入到该HStore的MemStore中。此时写成功，并返回通知客户端。  
![HBaseArchitecture-Blog-Fig10.png][]

### MemStore Flush    ###

MemStore是一个In Memory Sorted Buffer，在每个HStore中都有一个MemStore，即它是一个HRegion的一个Column Family对应一个实例。它的排列顺序以RowKey、Column Family、Column的顺序以及Timestamp的倒序，如下所示：  
![HBaseArchitecture-Blog-Fig11.png][]  
每一次Put/Delete请求都是先写入到MemStore中，当MemStore满后会Flush成一个新的StoreFile(底层实现是HFile)，即一个HStore(Column Family)可以有0个或多个StoreFile(HFile)。有以下三种情况可以触发MemStore的Flush动作， 需要注意的是MemStore的最小Flush单元是HRegion而不是单个MemStore 。据说这是Column Family有个数限制的其中一个原因，估计是因为太多的Column Family一起Flush会引起性能问题？具体原因有待考证。

1.  当一个HRegion中的所有MemStore的大小总和超过了hbase.hregion.memstore.flush.size的大小，默认128MB。此时当前的HRegion中所有的MemStore会Flush到HDFS中。
2.  当全局MemStore的大小超过了hbase.regionserver.global.memstore.upperLimit的大小，默认40％的内存使用量。此时当前HRegionServer中所有HRegion中的MemStore都会Flush到HDFS中，Flush顺序是MemStore大小的倒序（一个HRegion中所有MemStore总和作为该HRegion的MemStore的大小还是选取最大的MemStore作为参考？有待考证），直到总体的MemStore使用量低于hbase.regionserver.global.memstore.lowerLimit，默认38%的内存使用量。
3.  当前HRegionServer中WAL的大小超过了hbase.regionserver.hlog.blocksize \* hbase.regionserver.max.logs的数量，当前HRegionServer中所有HRegion中的MemStore都会Flush到HDFS中，Flush使用时间顺序，最早的MemStore先Flush直到WAL的数量少于hbase.regionserver.hlog.blocksize \* hbase.regionserver.max.logs。[这里][Link 2]说这两个相乘的默认大小是2GB，查代码，hbase.regionserver.max.logs默认值是32，而hbase.regionserver.hlog.blocksize是HDFS的默认blocksize，32MB。但不管怎么样，因为这个大小超过限制引起的Flush不是一件好事，可能引起长时间的延迟，因而这篇文章给的建议：“Hint: keep hbase.regionserver.hlog.blocksize \* hbase.regionserver.maxlogs just a bit above hbase.regionserver.global.memstore.lowerLimit \* HBASE\_HEAPSIZE.”。并且需要注意，[这里][Link 3]给的描述是有错的(虽然它是官方的文档)。

在MemStore Flush过程中，还会在尾部追加一些meta数据，其中就包括Flush时最大的WAL sequence值，以告诉HBase这个StoreFile写入的最新数据的序列，那么在Recover时就直到从哪里开始。在HRegion启动时，这个sequence会被读取，并取最大的作为下一次更新时的起始sequence。  
![HBaseArchitecture-Blog-Fig12.png][]

## HFile格式 ##

HBase的数据以KeyValue(Cell)的形式顺序的存储在HFile中，在MemStore的Flush过程中生成HFile，由于MemStore中存储的Cell遵循相同的排列顺序，因而Flush过程是顺序写，我们直到磁盘的顺序写性能很高，因为不需要不停的移动磁盘指针。  
![HBaseArchitecture-Blog-Fig13.png][]  
HFile参考BigTable的SSTable和Hadoop的 [TFile][] 实现，从HBase开始到现在，HFile经历了三个版本，其中V2在0.92引入，V3在0.98引入。首先我们来看一下V1的格式：  
![image0080.jpg][]  
V1的HFile由多个Data Block、Meta Block、FileInfo、Data Index、Meta Index、Trailer组成，其中Data Block是HBase的最小存储单元，在前文中提到的BlockCache就是基于Data Block的缓存的。一个Data Block由一个魔数和一系列的KeyValue(Cell)组成，魔数是一个随机的数字，用于表示这是一个Data Block类型，以快速监测这个Data Block的格式，防止数据的破坏。Data Block的大小可以在创建Column Family时设置(HColumnDescriptor.setBlockSize())，默认值是64KB，大号的Block有利于顺序Scan，小号Block利于随机查询，因而需要权衡。Meta块是可选的，FileInfo是固定长度的块，它纪录了文件的一些Meta信息，例如：AVG\_KEY\_LEN, AVG\_VALUE\_LEN, LAST\_KEY, COMPARATOR, MAX\_SEQ\_ID\_KEY等。Data Index和Meta Index纪录了每个Data块和Meta块的其实点、未压缩时大小、Key(起始RowKey？)等。Trailer纪录了FileInfo、Data Index、Meta Index块的起始位置，Data Index和Meta Index索引的数量等。其中FileInfo和Trailer是固定长度的。  
  
HFile里面的每个KeyValue对就是一个简单的byte数组。但是这个byte数组里面包含了很多项，并且有固定的结构。我们来看看里面的具体结构：  
![image0090.jpg][]  
开始是两个固定长度的数值，分别表示Key的长度和Value的长度。紧接着是Key，开始是固定长度的数值，表示RowKey的长度，紧接着是 RowKey，然后是固定长度的数值，表示Family的长度，然后是Family，接着是Qualifier，然后是两个固定长度的数值，表示Time Stamp和Key Type（Put/Delete）。Value部分没有这么复杂的结构，就是纯粹的二进制数据了。 随着HFile版本迁移，KeyValue(Cell)的格式并未发生太多变化，只是在V3版本，尾部添加了一个可选的Tag数组 。  
  
HFileV1版本的在实际使用过程中发现它占用内存多，并且Bloom File和Block Index会变的很大，而引起启动时间变长。其中每个HFile的Bloom Filter可以增长到100MB，这在查询时会引起性能问题，因为每次查询时需要加载并查询Bloom Filter，100MB的Bloom Filer会引起很大的延迟；另一个，Block Index在一个HRegionServer可能会增长到总共6GB，HRegionServer在启动时需要先加载所有这些Block Index，因而增加了启动时间。为了解决这些问题，在0.92版本中引入HFileV2版本：  
![hfilev2.png][]  
在这个版本中，Block Index和Bloom Filter添加到了Data Block中间，而这种设计同时也减少了写的内存使用量；另外，为了提升启动速度，在这个版本中还引入了延迟读的功能，即在HFile真正被使用时才对其进行解析。  
  
FileV3版本基本和V2版本相比，并没有太大的改变，它在KeyValue(Cell)层面上添加了Tag数组的支持；并在FileInfo结构中添加了和Tag相关的两个字段。关于具体HFile格式演化介绍，可以参考 [这里][Link 4] 。  
  
对HFileV2格式具体分析，它是一个多层的类B+树索引，采用这种设计，可以实现查找不需要读取整个文件：  
![HBaseArchitecture-Blog-Fig14.png][]  
Data Block中的Cell都是升序排列，每个block都有它自己的Leaf-Index，每个Block的最后一个Key被放入Intermediate-Index中，Root-Index指向Intermediate-Index。在HFile的末尾还有Bloom Filter用于快速定位那么没有在某个Data Block中的Row；TimeRange信息用于给那些使用时间查询的参考。在HFile打开时，这些索引信息都被加载并保存在内存中，以增加以后的读取性能。

\----------------------------------------------------------

每个HRegionServer中都会有一个HLog对象，HLog是一个实现Write Ahead Log的类，

每次用户操作写入Memstore的同时，也会写一份数据到HLog文件，HLog文件定期会滚动出新，

并删除旧的文件(已持久化到StoreFile中的数据)。当HRegionServer意外终止后，HMaster会通过Zookeeper感知，HMaster首先处理遗留的HLog文件，将不同region的log数据拆分，分别放到相应region目录下，然后再将失效的region重新分配，领取到这些region的HRegionServer在Load Region的过程中，会发现有历史HLog需要处理，因此会Replay HLog中的数据到MemStore中，然后flush到StoreFiles，完成数据恢复。

从大家最熟悉的客户端发起请求开始讲起吧，这样大家能够深有体会的逐步了解原理。比如我们发起了一条PUT请求，客户端首先需要查找到需要响应请求的REGIONSERVER。 记录region->regionserver映射是由HBASE系统表.META.记录的。所以我们只要知道. META.表的位置就能知道每个region响应的key的范围 和region所在机器。但是.META.表又保存在哪些机器上呢？这又是由-ROOT-表记录的 master在分配完-ROOT-表后 会将-ROOT-表的位置放到ZOOKEEPER中。所以我们在配置客户端的时候配置的是ZOOKEEPER的位置，而不是MASTER位置。

为什么要分为-ROOT-和.META.呢？这是因为region信息本身很多 一个集群中可能会出现成千上万的region 因此.META.表本身也无法在一个region中保存所有用户region的信息，所以本身也会分裂。而.META.表的region数就比较有限了所以-ROOT-是不会分裂的.

综上，客户端首次请求时，先拿-ROOT-然后通过请求范围找对应的.META.，在.META.中找打具体的region server 然后发送请求。-ROOT-和.META.是可以缓存的。

现在，我们解决了 客户端应当把PUT发送到哪个rs的问题，接下来就要发送请求了。region server收到请求后会保存PUT数据。这就不得不说HBASE的数据模型了，HBASE使用的列式存储，基本数据结构为LSMT log structure merge tree。简略的思路描述是，将操作记录在树中的节点上然后适时的将节点合并从而使key的删除修改能够最终体现在一个节点上，读取的时候会读取带有key相应操作的节点，返回最终key的值。可以看到lsmt是将随机读写转化为顺序读写的数据结构,读方面更适合扫库那样的顺序读取，不太适合随机读取。

那么一个PUT请求时怎么和LSMT搭上关系的呢？首先region server接到请求时，先将操作(keyvalue 时间戳 操作类型)保存为HLog，然后在保存到memstore中，然后即可返回写入成功的请求。其中memstore保存在内存中，写满后flush为hdfs文件。hlog是为了防止rs故障时，memstore数据必然丢失导致的数据丢失，在客户端可以禁用hblog来加快写入速度，但这是用数据不安全换来的。只要每次memstore刷入hdfs后，会判断hdfs刷入的中最早的操作 然后由另外的线程根据此记录删除旧的HLog文件。

接下来说说memstore写满时的处理。memstore写满（每个region的列族都有单独的memstore对象但实际上共用一块内存池）时，会将其中的操作分发到对应region的每个列族（store）做处理。然后store将这些操作序列保存为存储文件(storefile)。

从大体上粗略的看 region server这边重要的实体结构是这样：regionserver : region = 1 : n；region : store= 1 ： n；store : storefile = 1 : n。对于每个列族的数据文件,实机上是一个LSMT的叶子节点，每个文件中保存的是最近的对于列族中key的操作。

当一个列族中文件过多的时候，会触发compact，也就是说的文件合并。HBase的compact分为两种 minor和major：minor是小范围内的合并文件，只合并部分。目的在于把小文件积累成大文件。因为没有全量数据，所以对于一个key的删除操作还是需要保留标记，无法物理删除。majorcompact把列族中的所有文件合并为一个，目的在于使key的修改和删除，最终在物理上生效。因为major compact操作的是此列族的全量数据，所以可以做物理删除。但是也由于是全量数据，执行起来耗费时间也会比价长，所以hbase对major compact做了时间间隔限制。

当store的store file集合中总文件长度太大时(超过配置的阈值)，这个region会一分为二，也就是split。由于split是以region为单位的，所以有些列族因为其他列族过大也被连坐般的split。所以从这个流程粗略的看来 put会触发flush，flush会触发compact，compact会触发split。当然这都是在多个线程中执行的，不会明显的阻塞住客户端请求。

store file的大小和memstore大小有关系，一次flush会在一个列族里生成一个store file。所以memstore越大，产生大store file的机会也就越多。put不均匀时，有的列族里会有比较多的长度较小的store file，但是文件多了会触发compact。小文件compact很快，所以不用担心。

store file   
\------------------------------------------------  
|block                         |  
|----------------------------------------------|  
|block                         |  
...  
|  meta                      |  
|---------------------------------------------|  
|block 索引，以及一些key 范围信息|  
|---------------------------------------------|  
| 布隆过滤                   |  
\-----------------------------------------------

可以粗略的认为 一个storefile的结构是这样的，尾部的顺序和细节记不太清楚了。一个block包括多个key value，key在文件内是有序的。一条key value记录如下图：

![134003w24l7jrj7yyieyzy.jpg][]

读数据的时候我会发送一个get请求,在region server内部会转为一个scan。他会到相关列族中去scan storefile。storefile的尾部包含block索引、布隆过滤器、更新时间等所以这可以加快需要scan的文件过滤。所以针对一个store file读是这样的：判断get请求中的row key是否在文件保存的数据范围内；判断get请求中的row key是否能从布龙过滤器中找到(如果过滤器为row-col过滤器还可以判断是否包括需要get的col)；判断get请求中的时间范围 是否在文件保存的数据的时间范围中；获取对应的block index；把block加载到block cache中；然后scan block；从多个store file的结果中 get请求中需要包含的version个数，取前几个从而满足get请求中需要包含的version个数。get可以看做特殊的scan操作。

总得blockcache大小是有限的,会有淘汰的.实际上blockcache对于scan来说更合适,因为scan一般是一个范围的扫,block中的row key又是有序的,所以说顺序读会比随机读快。一般hbase比较难适应高并发的随机读，因为blockcache这个设计的本身，就不适合缓存随机的row key：随机读的特点就是读的key均匀散列,这样会使读操作,落在每个block上，导致读的时候每个block先被加载到内存，然后很快因为其他的block持续加载进来而被淘汰出去，然后就这样换来换去，反而更浪费时间。

最后两个比较重要的操作是open和close region。这两个在容灾和均衡中常用。

先说close吧 正常close时会先flush memstore 然后通知master close结束。非正常关闭时，就来不及flush了。master会通过zk和region server之间的心跳这两种途径得知regionsever挂掉的情况。

open 一般由master发起。master先找到包含region操作对应的HLog文件，然后挑选出region对应的操作放到region目录中，然后命令某个region server open之。open时先重演HLog中记录的操作，然后再加载region对应的store和store file。

比较重要的原理就是这样的了。原理清楚了的话，再分析起来代码，就能有一个宏观的了解了。

这篇就先写到这里，未完待续。。。。

[An In-Depth Look at the HBase Architecture]: https://www.mapr.com/blog/in-depth-look-hbase-architecture#.VdMxvWSqqko
[HBaseArch1.jpg]: /images/20220614/c115befe38f94e59b2bdde48e5212aba.png
[HBaseArchitecture-Blog-Fig1.png]: /images/20220614/ce981604905d476ea2d722f619cec794.png
[HBaseArchitecture-Blog-Fig2.png]: /images/20220614/29fbffdf023943d9b59f221e4779e0d7.png
[HBaseArchitecture-Blog-Fig3.png]: /images/20220614/810a53b5e14841269be89f53bd238bae.png
[HBaseArchitecture-Blog-Fig4.png]: /images/20220614/b4fb6e7f4d4646e8b53100947d0c5085.png
[HBaseArchitecture-Blog-Fig5.png]: /images/20220614/34a6ed391c5f4aa286574145fc5ef653.png
[BigTable]: http://research.google.com/archive/bigtable-osdi06.pdf
[image0030.jpg]: /images/20220614/cf9caff0b8634ceea8325886189d1885.png
[HBaseArchitecture-Blog-Fig6.png]: /images/20220614/6c7bf80345644e18ba42b26226636e77.png
[HBaseArchitecture-Blog-Fig7.png]: /images/20220614/b10a3db49b4a40b598af100ca73b337a.png
[HBASE-5699]: https://issues.apache.org/jira/browse/HBASE-5699
[Write-Ahead Logging]: https://en.wikipedia.org/wiki/Write-ahead_logging
[Link 1]: http://baike.baidu.com/link?url=Dh2u9KvowXcl2PloHJFTB9vEOoVS3WxPhDCVvbQGL_piyKFQ2iTHYAYf5mLAsFrcBUig6NC7A4-Aki61qnGCTK#3_1
[BlockCache101]: http://www.n10k.com/blog/blockcache-101/
[HBaseArchitecture-Blog-Fig8.png]: /images/20220614/60d0e951996d411595bcfe6a7f60f91d.png
[image0060.jpg]: /images/20220614/d98273c499114d7fb97af675d14a645d.png
[HBaseArchitecture-Blog-Fig9.png]: /images/20220614/c6e1f6c98182495bbb0f8350c54a71c1.png
[HBaseArchitecture-Blog-Fig10.png]: /images/20220614/36ca3ef85bd542ea9c712cd9535b6086.png
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[Link 2]: http://blog.sematext.com/2012/07/16/hbase-memstore-what-you-should-know/
[Link 3]: http://hbase.apache.org/book.html#_memstore_flush
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[TFile]: http://hadoop.apache.org/docs/current/api/org/apache/hadoop/io/file/tfile/TFile.html
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[Link 4]: http://hbase.apache.org/book.html#_hfile_format_2
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