Hadoop--HDFS

Edits和Fsimage机制详解

概述

fsimage镜像文件包含了整个HDFS文件系统的所有目录和文件的indoe（节点）信息，比如：/node01/node，会记录每个节点nodeid，以及节点之间父子路径。

以及文件名，文件大小，文件被切成几块，每个数据块描述信息、修改时间、访问时间等；此外还有对目录的修改时间、访问权限控制信息(目录所属用户，所在组等)等。

另外，edits文件主要是在NameNode已经启动情况下对HDFS进行的各种更新操作进行记录，比如 ：hadoop fs -mkdir hadoop fs -delete hadoop fs -put等。

对于每次事务操作，都会用一个TXID来标识，OP_MKDIR OP_DELETE等。

Edits文件存储的操作，而fsimage文件存储的是执行操作后，变化的状态。（元数据）

HDFS客户端执行所有的写操作都会被记录到edits文件中。

关键点

1.当执行格式化指令时候，会在指定元数据目录生成 dfs/name/current/

最开始只有fsimage，没有edits文件(因为没有启动HDFS）

2.当初次启动HFDS，会生成edits_inprogress_0000000000000000001，此文件用于记录事务（写操作）

3.HDFS对于每次写操作，都会用一个事务ID(TXID)来记录，TXID是递增的。

4.edits_0000000000000000003-0000000000000000007，数字表示的合并后起始的事务id和终止事务id

5.seen_txid 存储的当前的事务id，和edits_inprogress最后的数字一致

6.datanode存储块的目录路径：/tmp/dfs/data/current/BP-859711469-192.168.150.137-1535216211704/current/finalized/subdir0/subdir0

7.finalized此目录存储的已经存储完毕的数据块，rbw目录存的是正在写但还未写完的数据块

查看Edits文件和Fsimage文件

hdfs oev -i edits_0000000000000000001-0000000000000000003 -o edits.xml

hdfs oiv -i fsimage_0000000000000000012 -o fsimage.xml -p XML

HDFS API操作

1.创建java工程

2.导入hadoop依赖jar包

连接namenode以及读取hdfs中指定文件

@Test

public void testConnectNamenode() throws Exception{

Configuration conf=new Configuration();

FileSystem fs=FileSystem.get(new URI("hdfs://192.168.234.211:9000"), conf);

InputStream in=fs.open(new Path("/park/1.txt"));

OutputStream out=new FileOutputStream("1.txt");

IOUtils.copyBytes(in, out, conf);

}

?

上传文件到hdfs上

xxxxxxxxxx

@Test

public void testPut() throws Exception{

Configuration conf=new Configuration();

conf.set("dfs.replication","1");

FileSystem fs=FileSystem.get(new URI("hdfs://192.168.234.21:9000"),conf,"root");

ByteArrayInputStream in=new ByteArrayInputStream("hello hdfs".getBytes());

OutputStream out=fs.create(new Path("/park/2.txt"));

IOUtils.copyBytes(in, out, conf);

}

?

从hdfs上删除文件

xxxxxxxxxx

@Test

public void testDelete()throws Exception{

Configuration conf=new Configuration();

FileSystem fs=FileSystem.get(new URI("hdfs://192.168.234.21:9000"),conf,"root");

//true表示无论目录是否为空，都删除掉。可以删除指定的文件

fs.delete(new Path("/park01"),true);

//false表示只能删除不为空的目录。

fs.delete(new Path("/park01"),false);

fs.close();

}

在hdfs上创建文件夹

xxxxxxxxxx

@Test

?

public void testMkdir()throws Exception{

?

Configuration conf=new Configuration();

?

FileSystem fs=FileSystem.get(new URI("hdfs://192.168.234.211:9000"),conf,"root");

?

fs.mkdirs(new Path("/park02"));

}

查询hdfs指定目录下的文件

xxxxxxxxxx

@Test

public void testLs()throws Exception{

Configuration conf=new Configuration();

FileSystem fs=FileSystem.get(new URI("hdfs://192.168.234.214:9000"),conf,"root");

RemoteIterator<LocatedFileStatus> rt=fs.listFiles(new Path("/"), true);

while(rt.hasNext()){

System.out.println(rt.next());

}

}

递归查看指定目录下的文件

xxxxxxxxxx

@Test

public void testLs()throws Exception{

Configuration conf=new Configuration();

FileSystem fs=FileSystem.get(new URI("hdfs://192.168.234.214:9000"),conf,"root");

RemoteIterator<LocatedFileStatus> rt=fs.listFiles(new Path("/"), true);

while(rt.hasNext()){

System.out.println(rt.next());

}

}

重命名

xxxxxxxxxx

@Test

public void testCreateNewFile() throws Exception{

Configuration conf=new Configuration();

FileSystem fs=FileSystem.get(new URI("hdfs://192.168.234.176:9000"),conf,"root");

fs.rename(new Path("/park"), new Path("/park01"));

}

获取文件的块信息

xxxxxxxxxx

@Test

public void testCopyFromLoaclFileSystem() throws Exception{

Configuration conf=new Configuration();

FileSystem fs=FileSystem.get(new URI("hdfs://192.168.234.176:9000"),conf,"root");

BlockLocation[] data=fs.getFileBlockLocations(new Path("/park01/1.txt"),0,Integer.MaxValue);

for(BlockLocation bl:data){

System.out.println(bl);

}

}

从HDFS下载文件过程

1.Client向namenode发起 Open file 请求。目的是获取指定文件的输入流。

namenode收到请求之后，会检查路径的合法性，此外，还是检查客户端的操作权限。如果检测未通过，则直接报错返回。后续过程不会发生。

2.Client也会向namenode发起：Getblockloaction请求，获取指定文件的元数据信息。如果第一步的检测通过，namenode会将元数据信息封装到输入流里，返回给客户端。

3.4 客户端根据元数据信息，直接去对应的datanode读取文件块，然后下载到本地（创建本地的输出流，然后做流的对接）

5.读完后，关流。

上传文件到HDFS

1.Client向namenode发现 Create file请求，目的是获取HDFS文件的输出流。namenode收到请求后，会检测路径的合法性和权限。如果检测未通过，直接报错返回。

如果通过检测，namenode会将文件的切块信息（比如文件被切成几块，每个文件块的副本存在哪台datanode上），然后把这些信息封装到输出流里，返回给客户端。

所以注意：文件块的输出（上传）是客户端直接和对应DN交互的，namenode的作用是告诉Client文件块要发送给哪个datanode上。

2.Client通过输出流，发送文件块（底层会将一个文件块打散成一个一个的packet，每个packet的大小=64kb）。这个过程的机制，叫Pipeline（数据流管道机制）

这种机制的目的：

为了提高网络效率，我们采取了把数据流和控制流分开的措施。在控制流从客户机到主Chunk、然后冉 到所有二级副本的同时，数据以管道的方式，顺序的沿着一个精心选择的Chunk服务器链推送。我们的目标 是充分利用每台机器的带宽，避免网络瓶颈和高延时的连接，最小化推送所有数据的延时。 为了充分利用每台机器的带宽，数据沿着一个Chunk服务器链顺序的推送，而不是以其它拓扑形式分散 推送（例如，树型拓扑结构）。线性推送模式下，每台机器所有的出凵带宽都用于以最快的速度传输数据，而 不是在多个接受者之间分配带宽。

3.4.5 。通过数据流管道机制，实现数据的发送和副本的复制。每台datanode服务器收到数据之后，会向上游反馈ack确认机制。直到第五步的ack发送给Client之后，再发送下一个packet。依次循环，直到所有的数据都复制完毕。此外，在底层传输的过程中，会用到全双工通信。

补充：建议看《Google File System》的3.2节

6.数据上传完之后，关流。

从HDFS删除文件的流程

1、客户端向namenode发现 删除文件指令，比如：

xxxxxxxxxx

hadoop fs  -rm /park01/1.txt

2、namenode收到请求后，会检查路径的合法性以及权限

3、如果检测通过，会将对应的文件从元数据中删除。（注意，此时这个文件并没有真正从集群上被删除）

4、每台datanode会定期向namenode发送心跳，会领取删除的指令，找到对应的文件块，进行文件块的删除。

HDFS的租约机制

HDFS的有个内部机制：不允许客户端的并行写。指的是同一时刻内，不允许多个客户端向一个HDFS上写数据。

所以要实现以上的机制，实现思路就是用互斥锁，但是如果底层要是用简单的互斥锁，可能有与网络问题，造成客户端不释放锁，而造成死锁。所以Hadoop为了避免这种情况产生，引入租约机制。

租约锁本质上就是一个带有租期的互斥锁。

Hadoop的思想来自于Google的论文，3.1

Hadoop 租约锁对应的类：org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.LeaseManager.Lease

还有一个租约锁管理者：

org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.LeaseManager

HDFS特点

1、分布式存储架构，支持海量数据存储。（GB、TB、PB级别数据）

2、高容错性，数据块拥有多个副本（副本冗余机制）。副本丢失后，自动恢复。

3、低成本部署，Hadoop可构建在廉价的服务器上。

4、能够检测和快速应对硬件故障，通过RPC心跳机制来实现。

5、简化的一致性模型，这里指的是用户在使用HDFS时，所有关于文件相关的操作，比如文件切块、块的复制、块的存储等细节并不需要去关注，所有的工作都已被框架封装完毕。用户所需要的做的仅仅是将数据上传到HDFS。这大大简化了分布式文件存储操作的难度和管理的复杂度。

6、HDFS不能做到低延迟的数据访问（毫秒级内给出响应）。但是Hadoop的优势在于它的高吞吐率（吞吐率指的是：单位时间内产生的数据流）。可以说HDFS的设计是牺牲了低延迟的数据访问，而获取的是数据的高吞吐率。如果要想获取低延迟的数据访问，可以通过Hbase框架来实现。

7、HDFS不许修改数据，所以适用场景是：一次写入，多次读取（once-write-many-read）。注意：HDFS允许追加数据，但不允许修改数据。追加和修改的意义是不同的。

8、HDFS不支持并发写入，一个文件同一个时间只能有一个写入者。

9、HDFS不适合存储海量小文件，因为会浪费namenode服务节点的内存空间