HDFS之NameNode分析-数据库-火龙果软件工程

HDFS之NameNode分析

作者：ToBeAndNotToBe的博客来源：CSDN 发布于：2014-12-3

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大家都知道HDFS的架构由NameNode,SecondaryNameNode和DataNodes组成，其源码类图如下图所示：

正如上图所示，NameNode和DataNode继承了很多的protocol用于彼此间的通信，其实nameNode还实现了RefreshUserMappingsProtocol和RefreshAuthorizationPolicyProtocol两个协议，用于权限控制和更新；实现了ClientProtocol协议用于和client端通信。

ClientProtocol协议：

通过此协议,client端可以操控目录空间，包括文件流读写等。比如：

getBlockLocations方法可以获取具体某个文件在datanode上的存储位置；

addBlock添加block数据，还有create，delete等操作。

NamenodeProtocol协议：

用于secondNameNode和NameNode节点通信，比如获取namenode上的一些状态信息，比如获取某个DataNode上的blocks的信息以及操控editLog文件，这个文件会记录每次namenode对文件的操作日志，相当于mysql的binlog。关于secondarynamenode节点的作用这里要做个说明，它真正的用途，是用来保存namenode中对HDFS metadata的信息的备份，并减少namenode重启的时间。为了保证交互速度，HDFS文件系统的metadata是被load到namenode机器的内存中的，并且会将内存中的这些数据保存到磁盘进行持久化存储。为了保证这个持久化过程不会成为HDFS操作的瓶颈，hadoop采取的方式是：没有对任何一次的当前文件系统的snapshot进行持久化，对HDFS最近一段时间的操作list会被保存到namenode中的一个叫Editlog的文件中去。当重启namenode时，除了 load fsImage意外，还会对这个EditLog文件中记录的HDFS操作进行replay，以恢复HDFS重启之前的最终状态。

而SecondaryNameNode，会周期性的将EditLog中记录的对HDFS的操作合并到一个checkpoint中，然后清空 EditLog。所以namenode的重启就会Load最新的一个checkpoint，并replay EditLog中记录的hdfs操作，由于EditLog中记录的是从上一次checkpoint以后到现在的操作列表，所以就会比较小。如果没有snn的这个周期性的合并过程，那么当每次重启namenode的时候，就会花费很长的时间。而这样周期性的合并就能减少重启的时间。同时也能保证HDFS系统的完整性。

DatanodeProtocol协议:

用于DataNode和NameNode节点的通信，主要的通信接口如下：

可以看出来每个DataNode起来之后要调用rigister方法通知NameNode更新它，然后通过sendHeartBeat信息告诉NameNode
它还健康的活着和一些其他信息，当然namenode也可以返回一些结果告诉Datanode删除或者移动数据。此外还有很多交互接口

InterDatanodeProtocol协议：

该协议用于Datanode节点之间的互相通信。比如获取具体一个block的metadata信息或者是执行数据恢复迁移etc
此外DataNode还实现了ClientDatanodeProtocol协议用于和client交互通信。比如block获取，block数据恢复和block路径信息。从这里可以看出client提交数据的时候是向namenode发出请求而非向datanode发送存储数据的请求。

了解了NameNode的一些协议之后再来看看NameNode的属性:

看看几个重要的属性：

serviceRpcServer用于和secondaryNameNode,DataNode之间进行RPC通信；

server用于和client端进行RPC通信；

httpServer就是我们的本地启动服务器。

NameNode在初始化的时候还会启动一个emptier线程用于定期的删除当前回收站的文件。定期时间可以在配置文件中配置fs.trash.interval参数，假如0的话就相当于回收站功能是无效的

NameNode节点初始化的工作就是先启动服务器httpServer,然后启动namenode对客户端的RPC server ，接着启动serviceRpcServer，然后启动回收站后台线程emptier

接下来重点看一下namesystem参数，namesystem相当于所有DataNode的记事本，主要记录了以下信息：

// Mapping: 数据块 -> { inode节点, datanode列表, self ref }
   //主要用于记录每个block存储的datanode节点和对应的inode节点信息
  //也就是存储了block的meta信息

// Updated only in response to client-sent information.  
02.//  
03.final BlocksMap blocksMap = new BlocksMap(DEFAULT_INITIAL_MAP_CAPACITY,  
04.                                          DEFAULT_MAP_LOAD_FACTOR);

属性datanodeMap:

NavigableMap<String, DatanodeDescriptor> datanodeMap =  
02.  new TreeMap<String, DatanodeDescriptor>();

这个treemap存储了每个DataNode对应的元信息;

属性heartbeats用于heartbeat线程监控使用：

ArrayList<DatanodeDescriptor> heartbeats = new ArrayList<DatanodeDescriptor>();记录的是存活的datanode节点信息  
02.  
03.private Map<String, Collection<Block>> recentInvalidateSets =new TreeMap<String, Collection<Block>>();
//无用block列表

假如现在要获取某个datanode上的n个节点的话，先要去datanodeMap中获取DatanodeDescriptor信息，然后获取BlockInfo信息

接着blocksMap中获取block存储的datanode节点id，当然假如这个block在recentInvalidateSets列表中那就要过滤掉。

属性dir

//  
02.// Stores the correct file name hierarchy  
03.//这个文件中存储了每个文件名对应的位置也就是命名空间  
04.//  
05.public FSDirectory dir;

接下来我们要关注一下FSNamesystem的初始化过程：

1.读取和设置conf文件中的参数

2.将FSNamesystem注册到MBean以便JMS操作和监控

3.加载本地映象文件

4.启动HeartbeatMonitor，ReplicationMonitor等线程

HeartbeatMonitor线程一直运行，它会每间隔heartbeatRecheckInterval时间就去检查所有的datanode节点是否alive

while (!allAlive) {  
03.      boolean foundDead = false;  
04.      DatanodeID nodeID = null;  
05.  
06.      // 在datanode节点列表中查找第一个dead了的  
07.       
08.      synchronized(heartbeats) {  
09.        for (Iterator<DatanodeDescriptor> it = heartbeats.iterator();  
10.             it.hasNext();) {  
11.          DatanodeDescriptor nodeInfo = it.next();  
12.          if (isDatanodeDead(nodeInfo)) {//datanode的meta信息中上次更新时间超过一定阀值  
13.            foundDead = true;  
14.            nodeID = nodeInfo;  
15.            break;  
16.          }  
17.        }  
18.      }  
19.  
20.    //移出已经死了的节点  
21.    if (foundDead) {  
22.        synchronized (this) {  
23.          synchronized(heartbeats) {  
24.            synchronized (datanodeMap) {  
25.              DatanodeDescriptor nodeInfo = null;  
26.              try {  
27.                nodeInfo = getDatanode(nodeID);  
28.              } catch (IOException e) {  
29.                nodeInfo = null;  
30.              }  
31.              if (nodeInfo != null && isDatanodeDead(nodeInfo)) {  
32.                NameNode.stateChangeLog.info("BLOCK* NameSystem.heartbeatCheck: "  
33.                                             + "lost heartbeat from " + nodeInfo.getName());  
34.                removeDatanode(nodeInfo);  
35.              }  
36.            }  
37.          }  
38.        }  
39.      }  
40.    allAlive = !foundDead;  
41.    }  
42.移出操作过程是这样的：  
43.//从heartbeats中移出  
44.    synchronized (heartbeats) {  
45.      if (nodeInfo.isAlive) {  
46.        updateStats(nodeInfo, false);  
47.        heartbeats.remove(nodeInfo);  
48.        nodeInfo.isAlive = false;  
49.      }  
50.    }  
51.//删除该node对应的block信息  
52.    for (Iterator<Block> it = nodeInfo.getBlockIterator(); it.hasNext();) {  
53.      removeStoredBlock(it.next(), nodeInfo);  
54.    }  
55.    unprotectedRemoveDatanode(nodeInfo);  
56.//将其从拓扑结构中移出  
57.    clusterMap.remove(nodeInfo);

ReplicationMonitor线程负责数据块的多个备份和监控工作

它负责将需要多个备份的block加入PendingReplicationBlocks中并用一个线程监控它在这个map里面的存活时间，过期了就将其删除。这样在DataNode节点启动服务的时候可以扫描这个列表完成复制备份工作.

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