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HDFS详解_hdfs缺少文件跟master容器有关系吗?

作者：正经夜光杯 | 2024-08-02 18:04:12

踩

hdfs缺少文件跟master容器有关系吗?

摘要：文章仅供学习交流，也是自己对学习知识的一种梳理；

学习分三步：为什么用，怎么用，最后就是拔高，擅于使用，也就是所谓的精通！

NAMENODE 工作机制

问题场景：

1、集群启动后，可以查看目录，但是上传文件时报错，打开web页面可看到namenode正处于safemode状态，怎么处理？

解释：

safemode是namenode的一种状态（active/standby/safemode安全模式）

namenode进入安全模式的原理：

a、namenode发现集群中的block丢失率达到一定比例时（0.01%），namenode就会进入安全模式，在安全模式下，客户端不能对任何数据进行操作，只能查看元数据信息（比如ls/mkdir）

b、如何退出安全模式？

找到问题所在，进行修复（比如修复宕机的datanode）

或者可以手动强行退出安全模式（没有真正解决问题）： hdfs namenode --safemode leave

c、在hdfs集群正常冷启动时，namenode也会在safemode状态下维持相当长的一段时间，此时你不需要去理会，等待它自动退出安全模式即可

(原理：

namenode的内存元数据中，包含文件路径、副本数、blockid，及每一个block所在datanode的信息，而fsimage中，不包含block所在的datanode信息，那么，当namenode冷启动时，此时内存中的元数据只能从fsimage中加载而来，从而就没有block所在的datanode信息——>就会导致namenode认为所有的block都已经丢失——>进入安全模式——>datanode启动后，会定期向namenode汇报自身所持有的blockid信息，——>随着datanode陆续启动，从而陆续汇报block信息，namenode就会将内存元数据中的block所在datanode信息补全更新——>找到了所有block的位置，从而自动退出安全模式)

2、Namenode服务器的磁盘故障导致namenode宕机，如何挽救集群及数据？

3、Namenode是否可以有多个？namenode内存要配置多大？namenode跟集群数据存储能力有关系吗？

4、文件的blocksize究竟调大好还是调小好？--结合mapreduce

……

诸如此类问题的回答，都需要基于对namenode自身的工作原理的深刻理解

NameNode 职责

负责客户端请求的响应

元数据的管理

namenode对数据的管理采用三种存储形式：

内存元数据（NameSystem）

磁盘元数据镜像文件（fsimage,edits）

数据操作日志文件（可通过日志运算出元数据，此处类似redis AOF 日志持久化方式）

元数据的储存机制

A、内存中有一份完整的元数据(内存meta data)

B、磁盘有一个“准完整”的元数据镜像（fsimage）文件(在namenode的工作目录中)

C、用于衔接内存metadata和持久化元数据镜像fsimage之间的操作日志（edits文件）

注：当客户端对hdfs中的文件进行新增或者修改操作，操作记录首先被记入edits日志文件中，当客户端操作成功后，相应的元数据会更新到内存meta.data中

每隔一段时间，会由secondary namenode将namenode上积累的所有edits和一个最新的fsimage下载到本地，并加载到内存进行merge（这个过程称为checkpoint）

元数据目录说明

在第一次部署好Hadoop集群的时候，我们需要在NameNode（NN）节点上格式化磁盘：

$HADOOP_HOME/bin/hdfs namenode -format

格式化完成之后，将会在$dfs.namenode.name.dir/current目录下如下的文件结构

current/

|-- VERSION

|-- edits_*

|-- fsimage_0000000000008547077

|-- fsimage_0000000000008547077.md5

`-- seen_txid

其中的dfs.name.dir是在hdfs-site.xml文件中配置的，默认值如下：

<property>

  <name>dfs.name.dir</name>

  <value>file://${hadoop.tmp.dir}/dfs/name</value>

</property>

hadoop.tmp.dir是在core-site.xml中配置的，默认值如下

<property>

  <name>hadoop.tmp.dir</name>

  <value>/tmp/hadoop-${user.name}</value>

  <description>A base for other temporary directories.</description>

</property>

dfs.namenode.name.dir属性可以配置多个目录，

如/data1/dfs/name,/data2/dfs/name,/data3/dfs/name,....。各个目录存储的文件结构和内容都完全一样，相当于备份，这样做的好处是当其中一个目录损坏了，也不会影响到Hadoop的元数据，特别是当其中一个目录是NFS（网络文件系统Network File System，NFS）之上，即使你这台机器损坏了，元数据也得到保存。
下面对$dfs.namenode.name.dir/current/目录下的文件进行解释。
1、VERSION文件是Java属性文件，内容大致如下：

#Fri Nov 15 19:47:46 CST 2013

namespaceID=934548976

clusterID=CID-cdff7d73-93cd-4783-9399-0a22e6dce196

cTime=0

storageType=NAME_NODE

blockpoolID=BP-893790215-192.168.24.72-1383809616115

layoutVersion=-47

其中
　　（1）、namespaceID是文件系统的唯一标识符，在文件系统首次格式化之后生成的；
　　（2）、storageType说明这个文件存储的是什么进程的数据结构信息（如果是DataNode，storageType=DATA_NODE）；
　　（3）、cTime表示NameNode存储时间的创建时间，由于我的NameNode没有更新过，所以这里的记录值为0，以后对NameNode升级之后，cTime将会记录更新时间戳；
　　（4）、layoutVersion表示HDFS永久性数据结构的版本信息，只要数据结构变更，版本号也要递减，此时的HDFS也需要升级，否则磁盘仍旧是使用旧版本的数据结构，这会导致新版本的NameNode无法使用；
　　（5）、clusterID是系统生成或手动指定的集群ID，在-clusterid选项中可以使用它；如下说明

使用如下命令格式化一个Namenode：

$HADOOP_HOME/bin/hdfs namenode -format [-clusterId <cluster_id>]

选择一个唯一的cluster_id，并且这个cluster_id不能与环境中其他集群有冲突。如果没有提供cluster_id，则会自动生成一个唯一的ClusterID。

b、使用如下命令格式化其他Namenode：

$HADOOP_HOME/bin/hdfs namenode -format -clusterId <cluster_id>

c、升级集群至最新版本。在升级过程中需要提供一个ClusterID，例如：

$HADOOP_PREFIX_HOME/bin/hdfs start namenode --config $HADOOP_CONF_DIR -upgrade -clusterId <cluster_ID>

如果没有提供ClusterID，则会自动生成一个ClusterID。

　　（6）、blockpoolID：是针对每一个Namespace所对应的blockpool的ID，上面的这个BP-893790215-192.168.24.72-1383809616115就是在我的ns1的namespace下的存储块池的ID，这个ID包括了其对应的NameNode节点的ip地址。
　　
2、$dfs.namenode.name.dir/current/seen_txid非常重要，是存放transactionId的文件，format之后是0，它代表的是namenode里面的edits_*文件的尾数，namenode重启的时候，会按照seen_txid的数字，循序从头跑edits_0000001~到seen_txid的数字。所以当你的hdfs发生异常重启的时候，一定要比对seen_txid内的数字是不是你edits最后的尾数，不然会发生建置namenode时metaData的资料有缺少，导致误删Datanode上多余Block的资讯。

3、$dfs.namenode.name.dir/current目录下在format的同时也会生成fsimage和edits文件，及其对应的md5校验文件。

补充：seen_txid

文件中记录的是edits滚动的序号，每次重启namenode时，namenode就知道要将哪些edits进行加载edits

DATANODE的工作机制

问题场景：

1、集群容量不够，怎么扩容？

2、如果有一些datanode宕机，该怎么办？

3、datanode明明已启动，但是集群中的可用datanode列表中就是没有，怎么办？

以上这类问题的解答，有赖于对datanode工作机制的深刻理解

Datanode工作职责：

存储管理用户的文件块数据

定期向namenode汇报自身所持有的block信息（通过心跳信息上报）

（这点很重要，因为，当集群中发生某些block副本失效时，集群如何恢复block初始副本数量的问题）

<name>dfs.blockreport.intervalMsec</name>

<description>Determines block reporting interval in milliseconds.</description>

</property>

Datanode掉线判断时限参数

datanode进程死亡或者网络故障造成datanode无法与namenode通信，namenode不会立即把该节点判定为死亡，要经过一段时间，这段时间暂称作超时时长。HDFS默认的超时时长为10分钟+30秒。如果定义超时时间为timeout，则超时时长的计算公式为：

timeout = 2 * heartbeat.recheck.interval + 10 * dfs.heartbeat.interval。

而默认的heartbeat.recheck.interval 大小为5分钟，dfs.heartbeat.interval默认为3秒。

需要注意的是hdfs-site.xml 配置文件中的heartbeat.recheck.interval的单位为毫秒，dfs.heartbeat.interval的单位为秒。所以，举个例子，如果heartbeat.recheck.interval设置为5000（毫秒），dfs.heartbeat.interval设置为3（秒，默认），则总的超时时间为40秒。

<name>heartbeat.recheck.interval</name>

</property>

<name>dfs.heartbeat.interval</name>

</property>

HDFS 的工作机制

HDFS集群分为两大角色：NameNode、DataNode (Secondary Namenode)
NameNode负责管理整个文件系统的元数据
文件会按照固定的大小（blocksize）切成若干块后分布式存储在若干台datanode上
每一个文件块可以有多个副本，并存放在不同的datanode上
Datanode会定期向Namenode汇报自身所保存的文件block信息，而namenode则会负责保持文件的副本数量
HDFS的内部工作机制对客户端保持透明，客户端请求访问HDFS都是通过向namenode申请来进行

hdfs 写数据流程

根namenode通信请求上传文件，namenode检查目标文件是否已存在，父目录是否存在
namenode返回是否可以上传
client请求第一个 block该传输到哪些datanode服务器上
namenode返回3个datanode服务器
client请求3台dn中的一台A上传数据（本质上是一个RPC调用，建立pipeline），A收到请求会继续调用B，然后B调用C，将整个pipeline建立完成，逐级返回客户端
client开始往A上传第一个block（先从磁盘读取数据放到一个本地内存缓存），以packet为单位，A收到一个packet就会传给B，B传给C；A每传一个packet会放入一个应答队列等待应答
当一个block传输完成之后，client再次请求namenode上传第二个block的服务器。
传输完成，反馈结果

hdfs 读数据流程

跟namenode通信查询元数据，找到文件块所在的datanode服务器
挑选一台datanode（就近原则，然后随机）服务器，请求建立socket流
datanode开始发送数据（从磁盘里面读取数据放入流，以packet为单位来做校验）
客户端以packet为单位接收，现在本地缓存，然后写入目标文件

文件的增删该查


public class HdfsClient {
 
	FileSystem fs = null;
 
	@Before
	public void init() throws Exception {
 
		// 构造一个配置参数对象，设置一个参数：我们要访问的hdfs的URI
		// 从而FileSystem.get()方法就知道应该是去构造一个访问hdfs文件系统的客户端，以及hdfs的访问地址
		// new Configuration();的时候，它就会去加载jar包中的hdfs-default.xml
		// 然后再加载classpath下的hdfs-site.xml
		Configuration conf = new Configuration();
		conf.set("fs.defaultFS", "hdfs://hdp-node01:9000");
		/**
		 * 参数优先级： 1、客户端代码中设置的值 2、classpath下的用户自定义配置文件 3、然后是服务器的默认配置
		 */
		conf.set("dfs.replication", "3");
 
		// 获取一个hdfs的访问客户端，根据参数，这个实例应该是DistributedFileSystem的实例
		// fs = FileSystem.get(conf);
 
		// 如果这样去获取，那conf里面就可以不要配"fs.defaultFS"参数，而且，这个客户端的身份标识已经是hadoop用户
		fs = FileSystem.get(new URI("hdfs://hdp-node01:9000"), conf, "hadoop");
 
	}
 
	/**
	 * 往hdfs上传文件
	 * 
	 * @throws Exception
	 */
	@Test
	public void testAddFileToHdfs() throws Exception {
 
		// 要上传的文件所在的本地路径
		Path src = new Path("g:/redis-recommend.zip");
		// 要上传到hdfs的目标路径
		Path dst = new Path("/aaa");
		fs.copyFromLocalFile(src, dst);
		fs.close();
	}
 
	/**
	 * 从hdfs中复制文件到本地文件系统
	 * 
	 * @throws IOException
	 * @throws IllegalArgumentException
	 */
	@Test
	public void testDownloadFileToLocal() throws IllegalArgumentException, IOException {
		fs.copyToLocalFile(new Path("/jdk-7u65-linux-i586.tar.gz"), new Path("d:/"));
		fs.close();
	}
 
	@Test
	public void testMkdirAndDeleteAndRename() throws IllegalArgumentException, IOException {
 
		// 创建目录
		fs.mkdirs(new Path("/a1/b1/c1"));
 
		// 删除文件夹 ，如果是非空文件夹，参数2必须给值true
		fs.delete(new Path("/aaa"), true);
 
		// 重命名文件或文件夹
		fs.rename(new Path("/a1"), new Path("/a2"));
 
	}
 
	/**
	 * 查看目录信息，只显示文件
	 * 
	 * @throws IOException
	 * @throws IllegalArgumentException
	 * @throws FileNotFoundException
	 */
	@Test
	public void testListFiles() throws FileNotFoundException, IllegalArgumentException, IOException {
 
		// 思考：为什么返回迭代器，而不是List之类的容器
		RemoteIterator<LocatedFileStatus> listFiles = fs.listFiles(new Path("/"), true);
 
		while (listFiles.hasNext()) {
			LocatedFileStatus fileStatus = listFiles.next();
			System.out.println(fileStatus.getPath().getName());
			System.out.println(fileStatus.getBlockSize());
			System.out.println(fileStatus.getPermission());
			System.out.println(fileStatus.getLen());
			BlockLocation[] blockLocations = fileStatus.getBlockLocations();
			for (BlockLocation bl : blockLocations) {
				System.out.println("block-length:" + bl.getLength() + "--" + "block-offset:" + bl.getOffset());
				String[] hosts = bl.getHosts();
				for (String host : hosts) {
					System.out.println(host);
				}
			}
			System.out.println("--------------为angelababy打印的分割线--------------");
		}
	}
 
	/**
	 * 查看文件及文件夹信息
	 * 
	 * @throws IOException
	 * @throws IllegalArgumentException
	 * @throws FileNotFoundException
	 */
	@Test
	public void testListAll() throws FileNotFoundException, IllegalArgumentException, IOException {
 
		FileStatus[] listStatus = fs.listStatus(new Path("/"));
 
		String flag = "d--             ";
		for (FileStatus fstatus : listStatus) {
			if (fstatus.isFile())  flag = "f--         ";
			System.out.println(flag + fstatus.getPath().getName());
		}
	}
}

通过流的方式访问 hdfs


/**
 * 相对那些封装好的方法而言的更底层一些的操作方式
 * 上层那些mapreduce   spark等运算框架，去hdfs中获取数据的时候，就是调的这种底层的api
 * @author
 *
 */
public class StreamAccess {
	
	FileSystem fs = null;
 
	@Before
	public void init() throws Exception {
 
		Configuration conf = new Configuration();
		fs = FileSystem.get(new URI("hdfs://hdp-node01:9000"), conf, "hadoop");
 
	}
	
		/**
	 * 通过流的方式上传文件到hdfs
	 * @throws Exception
	 */
	@Test
	public void testUpload() throws Exception {
		
		FSDataOutputStream outputStream = fs.create(new Path("/angelababy.love"), true);
		FileInputStream inputStream = new FileInputStream("c:/angelababy.love");
		
		IOUtils.copy(inputStream, outputStream);
		
	}
	
	@Test
	public void testDownLoadFileToLocal() throws IllegalArgumentException, IOException{
		
		//先获取一个文件的输入流----针对hdfs上的
		FSDataInputStream in = fs.open(new Path("/jdk-7u65-linux-i586.tar.gz"));
		
		//再构造一个文件的输出流----针对本地的
		FileOutputStream out = new FileOutputStream(new File("c:/jdk.tar.gz"));
		
		//再将输入流中数据传输到输出流
		IOUtils.copyBytes(in, out, 4096);
		
		
	}
	
	
	/**
	 * hdfs支持随机定位进行文件读取，而且可以方便地读取指定长度
	 * 用于上层分布式运算框架并发处理数据
	 * @throws IllegalArgumentException
	 * @throws IOException
	 */
	@Test
	public void testRandomAccess() throws IllegalArgumentException, IOException{
		//先获取一个文件的输入流----针对hdfs上的
		FSDataInputStream in = fs.open(new Path("/iloveyou.txt"));
		
		
		//可以将流的起始偏移量进行自定义
		in.seek(22);
		
		//再构造一个文件的输出流----针对本地的
		FileOutputStream out = new FileOutputStream(new File("c:/iloveyou.line.2.txt"));
		
		IOUtils.copyBytes(in,out,19L,true);
		
	}
	
	
	
	/**
	 * 显示hdfs上文件的内容
	 * @throws IOException 
	 * @throws IllegalArgumentException 
	 */
	@Test
	public void testCat() throws IllegalArgumentException, IOException{
		
		FSDataInputStream in = fs.open(new Path("/iloveyou.txt"));
		
		IOUtils.copyBytes(in, System.out, 1024);
	}
}

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