HDFS中NameNode与Secondary NameNode工作原理

NameNode&Secondary NameNode工作机制

（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在内存中对数据进行增删改查

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

3）chkpoint检查时间参数设置

（1）通常情况下，SecondaryNameNode每隔一小时执行一次。

       [hdfs-default.xml]

（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。

镜像文件和编辑日志文件

1）概念

       namenode被格式化之后，将在/opt/module/hadoop-2.7.6/data/tmp/dfs/name/current目录中产生如下文件

（1）Fsimage文件：HDFS文件系统元数据的一个永久性的检查点，其中包含HDFS文件系统的所有目录和文件idnode的序列化信息。 

（2）Edits文件：存放HDFS文件系统的所有更新操作的路径，文件系统客户端执行的所有写操作首先会被记录到edits文件中。 

（3）seen_txid文件保存的是一个数字，就是最后一个edits_的数字

（4）每次Namenode启动的时候都会将fsimage文件读入内存，并从00001开始到seen_txid中记录的数字依次执行每个edits里面的更新操作，保证内存中的元数据信息是最新的、同步的，可以看成Namenode启动的时候就将fsimage和edits文件进行了合并。

2）oiv查看fsimage文件

（1）查看oiv和oev命令

[bduser@node102 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

[bduser@node102 current]$ pwd

/opt/module/hadoop-2.7.6/data/tmp/dfs/name/current

[bduser@node102 current]$ hdfs oiv -p XML -i fsimage_0000000000000000025 -o /opt/module/hadoop-2.7.6/fsimage.xml

[bduser@node102 current]$ cat /opt/module/hadoop-2.7.6/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。

3）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

[bduser@node102 current]$ hdfs oev -p XML -i edits_0000000000000000012-0000000000000000013 -o /opt/module/hadoop-2.7.6/edits.xml

[bduser@node102 current]$ cat /opt/module/hadoop-2.7.6/edits.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。

集群安全模式操作

1）概述

Namenode启动时，首先将映像文件（fsimage）载入内存，并执行编辑日志（edits）中的各项操作。一旦在内存中成功建立文件系统元数据的映像，则创建一个新的fsimage文件和一个空的编辑日志。此时，namenode开始监听datanode请求。但是此刻，namenode运行在安全模式，即namenode的文件系统对于客户端来说是只读的。

系统中的数据块的位置并不是由namenode维护的，而是以块列表的形式存储在datanode中。在系统的正常操作期间，namenode会在内存中保留所有块位置的映射信息。在安全模式下，各个datanode会向namenode发送最新的块列表信息，namenode了解到足够多的块位置信息之后，即可高效运行文件系统。

如果满足“最小复本条件”，namenode会在30秒钟之后就退出安全模式。所谓的最小复本条件指的是在整个文件系统中99.9%的块满足最小复本级别（默认值：dfs.replication.min=1）。在启动一个刚刚格式化的HDFS集群时，因为系统中还没有任何块，所以namenode不会进入安全模式。

2）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）

3）案例

       模拟等待安全模式

       1）先进入安全模式

bin/hdfs dfsadmin -safemode enter

       2）执行下面的脚本

编辑一个脚本

       3）再打开一个窗口，执行

bin/hdfs dfsadmin -safemode leave

滚动编辑日志

正常情况HDFS文件系统有更新操作时，就会滚动编辑日志。也可以用命令强制滚动编辑日志。

1）滚动编辑日志（前提必须启动集群并进入集群安全模式）

[bduser@node102 current]$ hdfs dfsadmin -rollEdits

2）镜像文件什么时候产生

Namenode启动时加载镜像文件和编辑日志

Namenode的版本号问题

1）查看namenode版本号

在/opt/module/hadoop-2.7.6/data/tmp/dfs/name/current这个目录下查看VERSION

namespaceID=1933630176

clusterID=CID-1f2bf8d1-5ad2-4202-af1c-6713ab381175

cTime=0

storageType=NAME_NODE

blockpoolID=BP-97847618-192.168.10.102-1493726072779

layoutVersion=-63

2）namenode版本号具体解释

（1）namespaceID在HDFS上，会有多个Namenode，所以不同Namenode的namespaceID是不同的，分别管理一组blockpoolID。

（2）clusterID集群id，全局唯一

（3）cTime属性标记了namenode存储系统的创建时间，对于刚刚格式化的存储系统，这个属性为0；但是在文件系统升级之后，该值会更新到新的时间戳。

（4）storageType属性说明该存储目录包含的是namenode的数据结构。

（5）blockpoolID：一个block pool id标识一个block pool，并且是跨集群的全局唯一。当一个新的Namespace被创建的时候(format过程的一部分)会创建并持久化一个唯一ID。在创建过程构建全局唯一的BlockPoolID比人为的配置更可靠一些。NN将BlockPoolID持久化到磁盘中，在后续的启动过程中，会再次load并使用。

（6）layoutVersion是一个负整数。通常只有HDFS增加新特性时才会更新这个版本号。

Web 端访问 SecondaryNameNode 端口号

（1）启动集群。

（2）浏览器中输入： http://node103:50090/status.html

（3）查看 SecondaryNameNode 信息。

Checkpoint检查时间参数设定

查看hdfs-default.xml默认配置文件可以发现：SecondaryNameNode 每隔一小时执行一次合并任务。但这是建立在namenode的操作次数不超过100W次的基础之上，SecondaryNameNode每隔一分钟检查一次namenode操作日志记录的操作次数，当操作次数达到100W次时， SecondaryNameNode 执行一次。

[hdfs-default.xml]中的默认配置

SecondaryNameNode目录结构

Secondary NameNode用来监控HDFS状态的辅助后台程序，每隔一段时间获取HDFS元数据的快照。

在/opt/module/hadoop-2.7.6/data/tmp/dfs/namesecondary/current这个目录中查看SecondaryNameNode目录结构。

SecondaryNameNode的namesecondary/current目录和主namenode的current目录的布局相同。

好处：在主namenode发生故障时（假设没有及时备份数据），可以从SecondaryNameNode恢复数据。

NameNode故障处理方式

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；

2）使用-importCheckpoint选项启动namenode守护进程，从而将SecondaryNameNode用作新的主namenode。

手动拷贝SecondaryNameNode数据

模拟namenode故障，并采用方法一，恢复namenode数据

（1）kill -9 namenode进程

（2）删除namenode存储的数据（/opt/module/hadoop-2.7.6/data/tmp/dfs/name）

rm -rf /opt/module/hadoop-2.7.6/data/tmp/dfs/name/*

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

         cp -R /opt/module/hadoop-2.7.6/data/tmp/dfs/namesecondary/* /opt/module/hadoop-2.7.6/data/tmp/dfs/name/

（4）重新启动namenode

sbin/hadoop-daemon.sh start namenode

采用 importCheckpoint 命令拷贝 SecondaryNameNode 数据

模拟namenode故障，并采用方法二，恢复namenode数据

（0）修改hdfs-site.xml中的

（1）kill -9 namenode进程

（2）删除namenode存储的数据（/opt/module/hadoop-2.7.6/data/tmp/dfs/name）

rm -rf /opt/module/hadoop-2.7.6/data/tmp/dfs/name/*

（3）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。

（4）导入检查点数据（等待一会ctrl+c结束掉）

bin/hdfs namenode -importCheckpoint

（5）启动namenode

sbin/hadoop-daemon.sh start namenode

配置NameNode多目录存储

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 文件中增加如下内容

（2）停止集群，删除 data 和 logs 中所有数据。

[bduser@node102 hadoop-2.7.6]$ xcall rm -rf /opt/modules/hadoop-2.7.6/data

[bduser@node102 hadoop-2.7.6]$ xcall rm -rf /opt/modules/hadoop-2.7.6/logs

（3）格式化集群并启动。

[bduser@node102 hadoop-2.7.6]$ bin/hdfs namenode –format

[bduser@node102 hadoop-2.7.6]$ sbin/start-dfs.sh

（4）进入/opt/modules/hadoop-2.7.6/data/dfs目录中通过ls指令查看可发现有两个namenode的目录被生成了。