HDFS的安全模式

向右看齐 2022-07-15 08:27 191阅读 0赞

什么是安全模式  
  
     安全模式是HDFS所处的一种特殊状态，在这种状态下，文件系统只接受读数据请求，而不接受删除、修改等变更请求。在NameNode主节点启动时，HDFS首先进入安全模式，DataNode在启动的时候会向namenode汇报可用的block等状态，当整个系统达到安全标准时，HDFS自动离开安全模式。如果HDFS出于安全模式下，则文件block不能进行任何的副本复制操作，因此达到最小的副本数量要求是基于datanode启动时的状态来判定的，启动时不会再做任何复制（从而达到最小副本数量要求）  
HDFS 安全模式的理解  
  
安全模式是hadoop的一种保护机制，用于保证集群中的数据块的安全性。  
  
当集群启动的时候，会首先进入安全模式。当系统处于安全模式时会检查数据块的完整性。假设我们设置的副本数（即参数dfs.replication）是5，那么在datanode上就应该有5个副本存在，假设只存在3个副本，那么比例就是3/5=0.6。在配置文件hdfs-default.xml中定义了一个最小的副本的副本率0.999，如图  
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我们的副本率0.6明显小于0.99，因此系统会自动的复制副本到其他的dataNode,使得副本率不小于0.999.如果系统中有8个副本，超过我们设定的5个副本，那么系统也会删除多余的3个副本。  
  
   
  
安全模式对我们有什么影响呢？  
![Image 1][]  
这时，不允许客户端进行任何修改文件的操作,包括上传文件，删除文件，重命名，创建文件夹等操作。比如创建文件时，在源代码中就有对安全模式的判断，如图所示  
  
当我们在安全模式下进行修改文件操作时，会报如下错误，如图  
  
   
  
正常情况下，安全模式会运行一段时间自动退出的，只需要我们稍等一会就行了，到底等多长时间呢，我们可以通过50070端口查看安全模式退出的剩余时间，如图  
![Image 1][]  
   
  
虽然不能进行修改文件的操作，但是可以浏览目录结构、查看文件内容的。  
  
在命令行下是可以控制安全模式的进入、退出和查看的。  
  
命令 hadoop fs -safemode get 查看安全模式状态  
  
命令 hadoop fs -safemode enter  进入安全模式状态  
  
命令 hadoop fs -safemode leave 离开安全模式  
  
操作如图所示  
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 安全模式是hadoop的一种保护机制，在启动时，最好是等待集群自动退出，然后进行文件操作。  
下面是namenode的一个日志片段：  
  
这里写图片描述  
安全模式相关的配置

系   统什么时候才离开安全模式，需要满足哪些条件？

当收到来自datanode的状态报告后，namenode根据配置，确定

1）可用的block占总数的比例、

2）可用的数据节点数量符合要求之后，离开安全模式。如果有必要，也可以通过命令强制离开安全模式。与安全模式相关的主要配置在hdfs-site.xml文件中，主要有下面几个属性

dfs.namenode.replication.min: 最小的文件block副本数量，默认为1.  
  
    dfs.namenode.safemode.threshold-pct: 副本数达到最小要求的block占系统总block数的百分比，当实际比例超过该配置后，才能离开安全模式（但是还需要其他条件也满足）。默认为0.999f，也就是说符合最小副本数要求的block占比超过99.9%时，并且其他条件也满足才能离开安全模式。如果为小于等于0，则不会等待任何副本达到要求即可离开。如果大于1，则永远处于安全模式。  
  
    dfs.namenode.safemode.min.datanodes: 离开安全模式的最小可用（alive）datanode数量要求，默认为0.也就是即使所有datanode都不可用，仍然可以离开安全模式。  
  
    dfs.namenode.safemode.extension: 当集群可用block比例，可用datanode都达到要求之后，如果在extension配置的时间段之后依然能满足要求，此时集群才离开安全模式。单位为毫秒，默认为1.也就是当满足条件并且能够维持1毫秒之后，离开安全模式。 这个配置主要是对集群的稳定程度做进一步的确认。避免达到要求后马上又不符合安全标准。  
  
总结一下，要离开安全模式，需要满足以下条件：  
1）达到副本数量要求的block比例满足要求；  
2）可用的datanode节点数满足配置的数量要求；  
3） 1、2 两个条件满足后维持的时间达到配置的要求。

这里写图片描述  
相关的操作命令  
  
Hadoop提供脚本用于对安全模式进行操作，主要命令为：  
  
hadoop dfsadmin -safemode <command>

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command的可用取值如下：  
command     功能     备注  
get     查看当前状态       
enter     进入安全模式       
leave     强制离开安全模式       
wait     一直等待直到安全模式结束       
相关源码  
  
安全模式的相关操作封装在SafeMode接口中：  
  
/\*\* 安全模式相关操作 \*/  
@InterfaceAudience.Private  
public interface SafeMode \{  
  /\*\*  
   \*  检查进入或者退出安全模式的条件是否满足，  
   \*  如果满足，进入或退出安全模式。  
   \*/  
  public void checkSafeMode();  
  
  /\*\* 系统当前是否处于安全模式？ \*/  
  public boolean isInSafeMode();  
  
  /\*\*  
   \* 系统启动时是否自动进入安全模式?  
   \*/  
  public boolean isInStartupSafeMode();  
  
  /\*\* Check whether replication queues are being populated. \*/  
  public boolean isPopulatingReplQueues();  
  
  /\*\*  
   \* 增加达到最小副本数要求的block数  
   \* @param replication current replication  
   \*/  
  public void incrementSafeBlockCount(int replication);  
  
  /\*\* 降低达到最小副本数要求的block数 \*/  
  public void decrementSafeBlockCount(Block b);  
\}  
  
   
  
   
  
HDFS的命名系统需要提供安全模式相关的操作，因此实现了改接口，层次结构如下：  
  
这里写图片描述  
  
Namesystem继承了SafeMode接口，FSNamesystem类实现了Namesystem，间接实现SafeMode定义的操作，也就是我们可以对命名系统进行安全模式相关的操作。  
  
FSNamesystem内部实现了一个内部线程类SafeModeMonitor，周期性地检查是否应该离开安全模式:  
  
  
  /\*\*  
   \* 周期性地检测是否可以离开安全模式，逻辑封装在run方法中.  
   \* This thread starts when the threshold level is reached.  
   \*  
   \*/  
  class SafeModeMonitor implements Runnable \{  
    /\*\* 两次检测间隔的毫秒数，即1秒 \*/  
    private static final long recheckInterval = 1000;  
  
    /\*\*  
     \*/  
    @Override  
    public void run() \{  
      // 系统运行时，循环检测  
      while (fsRunning) \{  
        writeLock();  
        try \{  
          // 没有安全模式相关信息，也就是不在安全模式  
          if (safeMode == null) \{ // Not in safe mode.  
            break;//线程退出  
          \}  
          if (safeMode.canLeave()) \{  
            // Leave safe mode.  
            safeMode.leave();  
            smmthread = null;  
            // 离开安全模式后，线程退出  
            break;  
          \}  
        \} finally \{  
          writeUnlock();  
        \}  
  
        try \{  
          // 两次检测之间，线程休眠  
          Thread.sleep(recheckInterval);  
        \} catch (InterruptedException ie) \{  
          // Ignored  
        \}  
      \}  
      // 当系统不在运行的时候，线程结束退出  
      if (!fsRunning) \{  
        LOG.info("NameNode is being shutdown, exit SafeModeMonitor thread");  
      \}  
    \}  
  \}  
  
这个内部类中出现的safeMode，其类型为SafeModeInfo，用于保存安全模式下的相关信息：  
  
 private volatile SafeModeInfo safeMode;  // safe mode information  
  
   
  
注意到这个变量为volatile，也就是说线程对该变量的任何修改完成后，其他线程立刻可以看到变化。OK，那么什么时候会创建这个对象呢，我们用safeMode= new SafeModeInfo搜索源代码，发现2个地方会实例化这个对象：一个实在FSNamesystem的构造函数中，另一处在FSNamesystem类的enterSafeMode方法中。我们先来看构造函数，其方法声明如下：  
  
FSNamesystem(Configuration conf, FSImage fsImage, boolean ignoreRetryCache)  
      throws IOException  
  
这个构造函数使用给定的配置及文件镜像，创建一个文件命名系统。其中有一句如下：  
  
this.safeMode = new SafeModeInfo(conf);  
  
我们去看看SafeModeInfo这个构造函数：  
  
 /\*\*  
     \* Creates SafeModeInfo when the name node enters  
     \* automatic safe mode at startup.  
     \*    
     \* @param conf configuration  
     \*/  
    private SafeModeInfo(Configuration conf) \{  
      // 这个配置就是我们前面提到的百分比配置  
      this.threshold = conf.getFloat(DFS\_NAMENODE\_SAFEMODE\_THRESHOLD\_PCT\_KEY,  
          DFS\_NAMENODE\_SAFEMODE\_THRESHOLD\_PCT\_DEFAULT);  
      if(threshold > 1.0) \{  
        LOG.warn("The threshold value should't be greater than 1, threshold: " + threshold);  
      \}  
    // 这个也是我们前面提到的最小可用datanode数量配置  
      this.datanodeThreshold = conf.getInt(  
        DFS\_NAMENODE\_SAFEMODE\_MIN\_DATANODES\_KEY,  
        DFS\_NAMENODE\_SAFEMODE\_MIN\_DATANODES\_DEFAULT);  
      this.extension = conf.getInt(DFS\_NAMENODE\_SAFEMODE\_EXTENSION\_KEY, 0);  
      this.safeReplication = conf.getInt(DFS\_NAMENODE\_REPLICATION\_MIN\_KEY,  
                                         DFS\_NAMENODE\_REPLICATION\_MIN\_DEFAULT);  
  
      LOG.info(DFS\_NAMENODE\_SAFEMODE\_THRESHOLD\_PCT\_KEY + " = " + threshold);  
      LOG.info(DFS\_NAMENODE\_SAFEMODE\_MIN\_DATANODES\_KEY + " = " + datanodeThreshold);  
      LOG.info(DFS\_NAMENODE\_SAFEMODE\_EXTENSION\_KEY + "     = " + extension);  
  
      // default to safe mode threshold (i.e., don't populate queues before leaving safe mode)  
      this.replQueueThreshold =  
        conf.getFloat(DFS\_NAMENODE\_REPL\_QUEUE\_THRESHOLD\_PCT\_KEY,  
                      (float) threshold);  
      this.blockTotal = 0;  
      this.blockSafe = 0;  
    \}  
  
     
  
核心逻辑就是获取相关的配置，创建初始的SafeModeInfo。  
  
看看另一个地方：  
  
 /\*\*  
   \* Enter safe mode. If resourcesLow is false, then we assume it is manual  
   \* 参数用于区分是因为资源不满足要求还是手动进入安全模式  
   \* @throws IOException  
   \*/  
  void enterSafeMode(boolean resourcesLow) throws IOException \{  
    writeLock();  
    try \{  
      // Stop the secret manager, since rolling the master key would  
      // try to write to the edit log  
      stopSecretManager();  
  
      // Ensure that any concurrent operations have been fully synced  
      // before entering safe mode. This ensures that the FSImage  
      // is entirely stable on disk as soon as we're in safe mode.  
      boolean isEditlogOpenForWrite = getEditLog().isOpenForWrite();  
      // Before Editlog is in OpenForWrite mode, editLogStream will be null. So,  
      // logSyncAll call can be called only when Edlitlog is in OpenForWrite mode  
      if (isEditlogOpenForWrite) \{  
        getEditLog().logSyncAll();  
      \}  
      if (!isInSafeMode()) \{  
        safeMode = new SafeModeInfo(resourcesLow);  
        return;  
      \}  
      if (resourcesLow) \{  
        safeMode.setResourcesLow();  
      \} else \{  
        safeMode.setManual();  
      \}  
      if (isEditlogOpenForWrite) \{  
        getEditLog().logSyncAll();  
      \}  
      NameNode.stateChangeLog.info("STATE\* Safe mode is ON"  
          + safeMode.getTurnOffTip());  
    \} finally \{  
      writeUnlock();  
    \}  
  \}

总结一下，SafeModeMonitor作为守护线程，在收到来自datanode的BlockReport状态报告之后，周期性地检测是否达到离开安全模式的条件，如果符合条件，则离开安全模式。

[Image 1]: