Hadoop 框架：NameNode 工作机制详解

一、存储机制

1、基础描述

NameNode运行时元数据需要存放在内存中，同时在磁盘中备份元数据的fsImage，当元数据有更新或者添加元数据时，修改内存中的元数据会把操作记录追加到edits日志文件中，这里不包括查询操作。如果NameNode节点发生故障，可以通过FsImage和Edits的合并，重新把元数据加载到内存中，此时SecondaryNameNode专门用于fsImage和edits的合并。

2、工作流程

NameNode机制

• NameNode格式化启动之后，首次会创建Fsimage和Edits文件；

• 非首次启动直接加载FsImage镜像文件和Edits日志到内存中；

• 客户端对元数据执行增删改操作会记录到Edits文件；

• 然后请求的相关操作会修改内存中的元数据；

SecondaryNameNode机制

• 询问NameNode是否需要CheckPoint，NameNode返回信息；

• 如果需要SecondaryNameNode请求执行CheckPoint；

• NameNode切割现有日志文件，新记录滚动写入新Edits文件；

• 滚动前的编辑日志和镜像文件拷贝到SecondaryNameNode；

• SecondaryNameNode加载Edits日志和FsImage镜像文件到内存合并；

• 生成新的镜像文件fsimage.chkpoint后拷贝到NameNode；

• NameNode将fsimage.chkpoint重新命名成fsimage；

3、CheckPoint设置

通过修改hdfs-default.xml文件的相关配置，设置一些SecondaryNameNode的机制，例如每隔一小时执行一次。

<property>
<name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>
<value>3600</value>
</property>
<property>
<name>dfs.namenode.checkpoint.txns</name>
<value>1000000</value>
<description>文件满1000000记录数</description>
</property>
<property>
<name>dfs.namenode.checkpoint.check.period</name>
<value>60</value>
<description> 1分钟检查一次文件记录数</description>
</property >

二、文件信息

1、FsImage文件

NameNode内存中元数据序列化备份信息；

生成路径：基于NameNode节点

cd /opt/hadoop2.7/data/tmp/dfs/name/current/

查看文件

# 基本语法
hdfs oiv -p 转换文件类型 -i 镜像文件 -o 转换后文件输出路径

基于语法格式，操作上图中的文件：

# 转换文件
hdfs oiv -p XML -i fsimage_0000000000000000019 -o /data/fsimage.xml
# 查看
cat /data/fsimage.xml

这样就可以看到一些元数据的信息。

2、Edits文件

存放HDFS文件的所有增删改操作的路径，会记录在Edits文件中。

基本语法

hdfs oev -p 转换文件类型 -i 日志文件 -o 转换后文件输出路径

查看文件

# 转换文件
hdfs oev -p XML -i edits_0000000000000000020-0000000000000000020 -o /data/edits.xml
# 查看
cat /data/edits.xml

三、故障恢复

1、拷贝SecondaryNameNode数据

首先结束NameNode进程；

删除NameNode存储的数据；

[root@hop01 /] rm -rf /opt/hadoop2.7/data/tmp/dfs/name/*

拷贝SecondaryNameNode中数据到NameNode数据存储目录下；

# 注意SecondaryNameNode服务配置在hop03上
[root@hop01 /] scp -r root@hop03:/opt/hadoop2.7/data/tmp/dfs/namesecondary/* /opt/hadoop2.7/data/tmp/dfs/name/

重新启动NameNode进程；

2、基于Checkpoint机制

修改hdfs-site.xml配置，同步到集群相关服务下，重启HDFS进程；

<property>
<name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>
<value>120</value>
</property>
<property>
<name>dfs.namenode.name.dir</name>
<value>/opt/hadoop2.7/data/tmp/dfs/name</value>
</property>

结束NameNode进程；

删除NameNode存储的数据；

[root@hop01 /] rm -rf /opt/hadoop2.7/data/tmp/dfs/name/*

由于集群中SecondaryNameNode(在hop03)不和NameNode(在hop01)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；

[root@hop01 /]scp -r root@hop03:/opt/hadoop2.7/data/tmp/dfs/namesecondary /opt/hadoop2.7/data/tmp/dfs/
[root@hop01 namesecondary/] rm -rf in_use.lock
[root@hop01 dfs]$ ls
data  name  namesecondary

导入检查点数据

[root@hop01 hadoop2.7] bin/hdfs namenode -importCheckpoint

重新启动NameNode

[root@hop01 hadoop2.7] sbin/hadoop-daemon.sh start namenode

四、多个目录配置

NameNode可以配置多本地目录，每个目录存放内容相同，增加运行的可靠性；

1、添加配置

# vim /opt/hadoop2.7/etc/hadoop/hdfs-site.xml
# 添加内容如下
<property>
<name>dfs.namenode.name.dir</name>
<value>file:///${hadoop.tmp.dir}/dfs/name01,file:///${hadoop.tmp.dir}/dfs/name02</value>
</property>

该配置需要同步集群下所有服务；

2、删除原有数据

集群下所有服务都需要执行该操作；

[root@hop01 hadoop2.7]# rm -rf data/ logs/

格式化NameNode之后重启集群服务。

五、安全模式

1、基本描述

NameNode刚启动时，会基于镜像文件和编辑日志在内存中 加载 文件系统元数据的映像，然后开始监听DataNode请求，该过程期间处于一个只读的安全模式下，客户端无法上传文件，在该安全模式下DataNode会 发送最新的数据块列表信息到NameNode，如果满足最小副本条件，NameNode在指定时间后就会 退 出安全模式。

2、安全模式

• 安全模式状态

/opt/hadoop2.7/bin/hdfs dfsadmin -safemode get

• 进入安全模式

/opt/hadoop2.7/bin/hdfs dfsadmin -safemode enter

• 退出安全模式

/opt/hadoop2.7/bin/hdfs dfsadmin -safemode leave

• 等待安全模式

/opt/hadoop2.7/bin/hdfs dfsadmin -safemode wait

六、源代码地址

GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/big-data-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/big-data-parent