Hadoop-HDFS-详细解析NN和2NN工作原理，NN故障处理，NN多目录，集群安全模式-连载中

女爷i 2023-03-01 08:38 55阅读 0赞

# NameNode和SecondaryNameNode #

### 文章目录 ###

*  NameNode和SecondaryNameNode
 *   *  1 NN和2NN工作机制
     *  2 Fsimage和Edits解析
     *  3 CheckPoint时间设置
     *  4 NameNode故障处理
     *  5 集群安全模式
     *  6 NameNode多目录配置

## 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。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMyNzI3MDk1_size_16_color_FFFFFF_t_70]

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 先在，日志中记录操作（只在最后追加，不修改），更新滚动日志。

（4）NameNode 然后再，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（fsimage）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。

## 2 Fsimage和Edits解析 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMyNzI3MDk1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

*  **注意：每次重启NameNode都产生新的fsimage和edits文件。**

**1）oiv查看Fsimage文件**

（1）查看oiv和oev命令

[qinjl@hadoop102 current]$ hdfs
    oiv            apply the offline fsimage viewer to an fsimage
    oev            apply the offline edits viewer to an edits file

（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

[qinjl@hadoop102 current]$ pwd
    /opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name/current
    
    [qinjl@hadoop102 current]$ hdfs oiv -p XML -i fsimage_0000000000000000025 -o /opt/module/hadoop-3.1.3/fsimage.xml
    
    [qinjl@hadoop102 current]$ cat /opt/module/hadoop-3.1.3/fsimage.xml

部分显示结果如下。

<inode>
    	<id>16386</id>
    	<type>DIRECTORY</type>
    	<name>user</name>
    	<mtime>1512722284477</mtime>
    	<permission>qinjl: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>qinjl:supergroup:rw-r--r--</permission>
    	<blocks>
    		<block>
    			<id>1073741825</id>
    			<genstamp>1001</genstamp>
    			<numBytes>59</numBytes>
    		</block>
    	</blocks>
    </inode >

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。

**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

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

部分显示结果如下。

<?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>192.168.1.5</CLIENT_MACHINE>
    			<OVERWRITE>true</OVERWRITE>
    			<PERMISSION_STATUS>
    				<USERNAME>qinjl</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_ADD_BLOCK</OPCODE>
    		<DATA>
    			<TXID>133</TXID>
    			<PATH>/hello7.txt</PATH>
    			<BLOCK>
    				<BLOCK_ID>1073741839</BLOCK_ID>
    				<NUM_BYTES>0</NUM_BYTES>
    				<GENSTAMP>1016</GENSTAMP>
    			</BLOCK>
    			<RPC_CLIENTID></RPC_CLIENTID>
    			<RPC_CALLID>-2</RPC_CALLID>
    		</DATA>
    	</RECORD>
    </EDITS >

思考：NameNode如何确定下次开机启动的时候合并哪些Edits？

只会合并比fsimage编号大的edits文件.

## 3 CheckPoint时间设置 ##

1）通常情况下，SecondaryNameNode 默认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100万时，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 >

## 4 NameNode故障处理 ##

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）

[qinjl@hadoop102 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

[qinjl@hadoop102 dfs]$ scp -r qinjl@hadoop104:/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/namesecondary/* ./name/

（4）重新启动NameNode

[qinjl@hadoop102 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）

[qinjl@hadoop102 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

[qinjl@hadoop102 dfs]$ scp -r qinjl@hadoop104:/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/namesecondary ./
    
    [qinjl@hadoop102 namesecondary]$ rm -rf in_use.lock
    
    [qinjl@hadoop102 dfs]$ pwd
    /opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs
    
    [qinjl@hadoop102 dfs]$ ls
    data  name  namesecondary

（5）导入检查点数据（等待一会ctrl+c结束掉）

[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ bin/hdfs namenode -importCheckpoint

（6）启动NameNode

[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hdfs --daemon start namenode

## 5 集群安全模式 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMyNzI3MDk1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
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

[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ hdfs dfsadmin -safemode get
    Safe mode is OFF

4）先进入安全模式

[qinjl@hadoop102 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

[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ touch safemode.sh
    [qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ vim safemode.sh
    
    #!/bin/bash
    hdfs dfsadmin -safemode wait
    hdfs dfs -put /opt/module/hadoop-3.1.3/README.txt /
    
    [qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ chmod 777 safemode.sh
    
    [qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ ./safemode.sh

6）再打开一个窗口，执行

[qinjl@hadoop102 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。

## 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，删除三台节点的data和logs中所有数据。

[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/
    [qinjl@hadoop103 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/
    [qinjl@hadoop104 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/

（3）格式化集群并启动。

[qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ bin/hdfs namenode --format
    [qinjl@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ sbin/start-dfs.sh

（4）查看结果

[qinjl@hadoop102 dfs]$ ll
    总用量 12
    drwx------. 3 qinjl qinjl 4096 12月 11 08:03 data
    drwxrwxr-x. 3 qinjl qinjl 4096 12月 11 08:03 name1
    drwxrwxr-x. 3 qinjl qinjl 4096 12月 11 08:03 name2

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMyNzI3MDk1_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230209/3bc9fd098ad8438c8549da09b3bd0a36.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMyNzI3MDk1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20230209/dcf3b35428174a44ae9c438279297be3.png