大数据技术学习笔记（四）—

1 HDFS 概述
- 1.1 HDFS 背景与定义
- 1.2 HDFS 优缺点
- 1.3 HDFS 组成架构
- 1.4 HDFS 文件块大小
2 HDFS的shell操作
- 2.1 上传
- 2.2 下载
- 2.3 HDFS直接操作
3 HDFS的客户端操作
- 3.1 Windows 环境准备
- 3.2 获取 HDFS 的客户端连接对象
- 3.3 HDFS文件上传
- 3.4 HDFS文件下载
- 3.5 HDFS删除文件和目录
- 3.6 HDFS文件更名和移动
- 3.7 HDFS文件详情查看
- 3.8 HDFS文件和文件夹判断
4 HDFS的数据流
- 4.1 HDFS写数据流程
- - 4.1.1 剖析文件写入流程
  - 4.1.2 机架感知（副本存储节点选择）
  - 4.1.3 网络拓扑-节点距离计算
- 4.2 HDFS读数据流程
5 NameNode、SecondaryNameNode
- 5.1 NN与2NN工作机制
- 5.2 Fsimage和Edits解析
- 5.3 CheckPonit时间设置
- 5.4 NameNode故障处理
- 5.5 集群安全模式
- 5.6 NameNode多目录配置
6 DataNode
- 6.1 DataNode 工作机制
- 6.2 数据完整性
- 6.3 掉线时限参数设置
- 6.4 服役新数据节点
- 6.5 退役旧数据节点
- - 6.5.1 添加白名单和黑名单
  - 6.5.2 黑名单退役
- 6.6 DataNode多目录配置

1 HDFS 概述

1.1 HDFS 背景与定义

随着数据量越来越大，在一个操作系统中存不下所有的数据，那么就分配到更多的操作系统管理的磁盘中，但是这样不方便管理和维护，迫切需要一种系统来管理多台机器上的文件，这就是分布式文件管理系统。HDFS只是分布式管理系统中的一种。

HDFS（Hadoop Distributed File System），是一个文件系统，用于存储文件，通过目录树来定位文件；其次，其是分布式的，由很多服务器联合起来实现其功能，集群中的服务器有各自的角色。

HDFS 的使用场景：适合一次写入，多次读出的场景，且不支持文件的修改（但可追加）。适合用来做数据分析，并不适合用来做网盘应用。

1.2 HDFS 优缺点

（1）优点

高容错性
- 数据自动保存多个副本，通过增加副本的方式，提高容错性
- 某一个副本丢失后，它可以自动恢复
适合处理大数据
- 数据规模：能够处理数据规模达到GB、TB，甚至PB级别的数据
- 文件规模：能够处理百万规模以上的文件数量，数量相当之大
可构建在廉价的机器上，通过多副本机制，提高可靠性

（2）缺点

不适合低延时的数据访问，如毫秒级的存储数据是做不到的
无法高效的对大量小文件进行存储
- 无法存储大量小文件的话，它会占用 NameNode 大量的内存来存储文件目录和块信息，这样是不可取的，因为NameNode的内存总是有限的
- 小文件存储的寻址时间会超过读取时间，它违反了HDFS的设计目标
不支持并发写入、文件的随机修改
- 一个文件只能有一个写，不允许多个线程同时写
- 仅支持数据的追加（append），不支持文件的随机修改

1.3 HDFS 组成架构

在这里插入图片描述
NameNode(nn)：就是Master，它是一个主管、管理者

管理HDFS的名称空间
配置副本策略
管理数据块（Block）映射信息
处理客户端读写请求

DataNode(dn)：就是Slave，NameNode下达的命令，DataNode执行实际的操作

存储实际的数据块
执行数据块的读/写操作

SecondaryNameNode：并非NameNode的热备，当NameNode挂掉的时候，它并不能马上替换NameNode并提供服务。

辅助NameNode，分担其工作量，比如定期合并Fsimage和Edits，并推送给NameNode
在紧急情况下，可辅助恢复NameNode

Client：客户端

文件切分，文件上传HDFS时候，Clinet将文件切分成一个个Block，然后进行上传
与NameNode交互，获取文件的位置信息
与DataNode交互，读取或写入数据
Clinet提供一些命令来管理HDFS，比如NameNode的格式化
Clinet提供一些命令来访问HDFS，比如对HDFS增删改查操作

1.4 HDFS 文件块大小

在这里插入图片描述

思考：为什么块的大小不能设置太小，也不能设置太大？

如果块设置太小，会增加寻址时间，程序一直在找块的开始位置
如果块设置太大，从磁盘传输数据的时间会明显大于定位这个块开始位置所需的时间，导致程序在处理这块数据时，会非常慢

HDFS块的大小设置主要取决于磁盘传输速率

2 HDFS的shell操作

hadoop fs 具体命令 OR hdfs dfs 具体命令

启动 Hadoop 集群

[huwei@hadoop101 ~]$ start-dfs.sh
[huwei@hadoop102 ~]$ start-yarn.sh

Web 端查看 HDFS 的 NameNode

浏览器中输入：http://hadoop101:9870

2.1 上传

首先在HDFS根目录下手动创建/sanguo/shuguo的文件夹，如下图所示

在这里插入图片描述

（1）-moveFromLocal：从本地剪切粘贴到 HDFS

[huwei@hadoop101 ~]$ touch kongming.txt
[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -moveFromLocal ./kongming.txt /sanguo/shuguo

（2） -copyFromLocal：从本地文件系统中拷贝文件到 HDFS 路径去
-put：等同于 copyFromLocal

[huwei@hadoop101 ~]$ touch liubei.txt
[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -copyFromLocal ./liubei.txt /sanguo/shuguo

（3） -appendToFile：追加一个本地文件到HDFS已经存在的文件末尾

[huwei@hadoop101 ~]$ vim liubei.txt
三顾茅庐
[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -appendToFile liubei.txt /sanguo/shuguo/liubei.txt

2.2 下载

（1） -copyToLocal：从HDFS拷贝到本地
-get：等同于copyToLocal，就是从HDFS下载文件到本地

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -copyToLocal /sanguo/shuguo/kongming.txt ./

（2） -getmerge：合并下载多个文件（将HDFS中多个文件内容合并在一个文件中，并下载）

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -getmerge /sanguo/shuguo/liubei.txt /sanguo/shuguo/kongming.txt ./kongliu.txt

也可以这样写

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -getmerge /sanguo/shuguo/* ./kongliu.txt

查看合并文件内容

[huwei@hadoop101 ~]$ cat kongliu.txt
三顾茅庐

2.3 HDFS直接操作

（1） -ls: 显示目录信息

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -ls /sanguo/shuguo
Found 2 items
-rw-r--r--   3 huwei supergroup          0 2023-10-23 16:20 /sanguo/shuguo/kongming.txt
-rw-r--r--   3 huwei supergroup         13 2023-10-23 16:28 /sanguo/shuguo/liubei.txt

（2）-mkdir：在HDFS上创建目录

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -mkdir /sanguo/weiguo

注意上述命令没有加参数-p不会报错，是因为sanguo文件夹已经存在了，但若父目录不存在，一定需要加上参数-p

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -mkdir -p /xiyou/suwukong

（3） -cat：显示文件内容

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -cat /sanguo/shuguo/liubei.txt
三顾茅庐

（4） -chgrp 、-chmod、-chown：Linux文件系统中的用法一样，修改文件所属权限

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -chmod  666  /sanguo/shuguo/kongming.txt
[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -ls /sanguo/shuguo

在这里插入图片描述

也可以在Web端界面手动修改

在这里插入图片描述

（5） -cp ：从HDFS的一个路径拷贝到HDFS的另一个路径

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -cp /sanguo/shuguo/kongming.txt /xiyou

（6） -mv：在HDFS目录中移动文件

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -mv /sanguo/shuguo/liubei.txt /xiyou

同样，mv也可以对文件重命名

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -mv /sanguo/shuguo/kongming.txt /sanguo/shuguo/guanyu.txt

（7） -tail：显示一个文件的末尾 1kb 的数据

我们上传一个稍大点的文件 xiaoaojianghu.txt

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -tail /xiaoaojianghu.txt

查看前10行

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -head /xiaoaojianghu.txt

注意这里的 head 不支持指定 -n

（8） -rm：删除文件或文件夹

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -rm /xiyou/kongming.txt
[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -rm -r /xiyou

注意 HDFS 中删除文件夹中 -r 与 -f 不能写成 -rf，要写必须单独写，而且也没必要写-f，因为也不会有删除确认

（9）-rmdir：删除空目录

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -rmdir /sanguo/weiguo

（10） -du：统计文件夹的大小信息

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -du /
0        0        /sanguo
3041059  9123177  /xiaoaojianghu.txt

两列文件大小是三倍的关系，因为副本数有三个

（11） -setrep：设置HDFS中文件的副本数量

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs dfs -setrep 10 /sanguo
Replication 10 set: /sanguo/shuguo/guanyu.txt

在这里插入图片描述

这里设置的副本数只是记录在NameNode的元数据中，是否真的会有这么多副本，还得看DataNode的数量。因为目前只有3台设备，最多也就3个副本，只有节点数的增加到10台时，副本数才能达到10。

3 HDFS的客户端操作

3.1 Windows 环境准备

hadoop下载地址，将压缩包解压到安装目录，注意安装目录的路径中不要有空格。

（1）配置 HADOOP_HOME 环境变量

在这里插入图片描述

（2）配置Path环境变量

在这里插入图片描述

（3） cmd 终端输入hadoop version 测试

在这里插入图片描述

（4）创建一个Maven工程，并导入相应的依赖坐标+日志添加

在pom.xml文件中添加

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>junit</groupId>
        <artifactId>junit</artifactId>
        <version>4.12</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
        <artifactId>log4j-slf4j-impl</artifactId>
        <version>2.12.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.hadoop</groupId>
        <artifactId>hadoop-client</artifactId>
        <version>3.1.3</version>
    </dependency>
</dependencies>

在项目的 src/main/resources目录下，新建一个文件，命名为log4j2.xml，在文件中填入

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Configuration status="error" strict="true" name="XMLConfig">
    <Appenders>
        <!-- 类型名为Console，名称为必须属性 -->
        <Appender type="Console" name="STDOUT">
            <!-- 布局为PatternLayout的方式，
            输出样式为[INFO] [2018-01-22 17:34:01][org.test.Console]I'm here -->
            <Layout type="PatternLayout"
                    pattern="[%p] [%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss}][%c{10}]%m%n" />
        </Appender>

    </Appenders>

    <Loggers>
        <!-- 可加性为false -->
        <Logger name="test" level="info" additivity="false">
            <AppenderRef ref="STDOUT" />
        </Logger>

        <!-- root loggerConfig设置 -->
        <Root level="info">
            <AppenderRef ref="STDOUT" />
        </Root>
    </Loggers>
</Configuration>

（3）创建包名和类

在这里插入图片描述

3.2 获取 HDFS 的客户端连接对象

java">public class hdfsTest {

    private FileSystem fs;

    /**
     * 获取 hdfs的客户端连接对象
     */

    @Before
    public void init() throws URISyntaxException, IOException, InterruptedException {
        Configuration configuration = new Configuration();
        configuration.set("dfs.replication", "2");
        URI uri = new URI("hdfs://hadoop101:9820");
        String user = "huwei";
        fs = FileSystem.get(uri, configuration, user);
    }

    /**
     * 关闭资源
     */
    @After
    public void close() throws IOException {
        fs.close();
    }


/*    @Test
    public void testMkdirs() throws IOException, InterruptedException, URISyntaxException {

        // 获取文件系统对象
        Configuration configuration = new Configuration();
        configuration.set("dfs.replication", "2");
        URI uri = new URI("hdfs://hadoop101:9820");
        String user = "huwei";
        FileSystem fs = FileSystem.get(uri, configuration, user);
        // 在 Java 中，每个对象都有一个 getClass() 方法，它返回对象所属的类的 Class 对象。
        // 然后，可以调用 Class 对象的 getName() 方法来获取类的全限定名（包括包名和类名）。
        System.out.println(fs.getClass().getName());
        // 关闭资源
        fs.close();
    }*/
}

ClassPath下的用户自定义配置文件

在这里插入图片描述

参数优先级排序：（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）然后是服务器的自定义配置(xxx-site.xml) >（4）服务器的默认配置(xxx-default.xml)

3.3 HDFS文件上传

java">/**
 * 上传文件
 */
@Test
public void testCopyToLocalFile() throws IOException {
    //参数1 是否删除原文件
    //参数2 若HDFS中已存在同名文件，是否覆盖
    //参数3 本地原文件路径
    //参数4 hdfs目标路径
    fs.copyFromLocalFile(false, true, new Path("E:\\googleFile\\image.png"),new Path("/"));
}

3.4 HDFS文件下载

java">/**
 * 下载文件
 */
@Test
public void testCopyToLocalFile() throws IOException {
    //参数1 是否删除原文件
    //参数2 hdfs原文件路径
    //参数3 本地目标路径
    //参数4 是否开启文件校验（false 同时下载校验文件，true 仅下载原文件）
    fs.copyToLocalFile(false, new Path("/sanguo"), new Path("E:\\googleFile"), false);
}

3.5 HDFS删除文件和目录

java">/**
 * 删除文件或目录
 */
@Test
public void testDelete() throws IOException {
    //参数1 要删除文件的路径
    //参数2 是否递归删除
//        fs.delete(new Path("/sanguo/hello.txt"), true);// 仅删除hello.txt这个文件
    fs.delete(new Path("/sanguo"), true);// 删除sanguo文件夹以及其下的文件
}

3.6 HDFS文件更名和移动

java">/**
 * 文件的更名或移动
 */
@Test
public void testRename() throws IOException {
    // 移动文件
//        fs.rename(new Path("/hello.txt"), new Path("/sanguo"));
    // 更改文件名
    fs.rename(new Path("/sanguo/hello.txt"), new Path("/sanguo/hi.txt"));

}

3.7 HDFS文件详情查看

java">/**
* 查看文件详情
*/
@Test
public void testListFiles() throws IOException {
   //参数1 文件的路径
   //参数2 是否递归查看
   RemoteIterator<LocatedFileStatus> listFiles = fs.listFiles(new Path("/"), true);
   while(listFiles.hasNext()){
       LocatedFileStatus fileStatus = listFiles.next();
       System.out.println("文件名："+fileStatus.getPath().getName());
       System.out.println("块大小："+fileStatus.getBlockSize());
       System.out.println("副本数："+fileStatus.getReplication());
       System.out.println("权限信息："+fileStatus.getPermission());
   }
}

3.8 HDFS文件和文件夹判断

java">/**
 * 判断是文件还是目录
 */
@Test
public void testListStatus() throws IOException {
    FileStatus[] listStatus = fs.listStatus(new Path("/"));
    for (FileStatus status : listStatus) {
        if (status.isDirectory()) {
            System.out.println("DIR：" + status.getPath().getName());
        } else {
            System.out.println("FILE：" + status.getPath().getName());
        }
    }
}

4 HDFS的数据流

4.1 HDFS写数据流程

4.1.1 剖析文件写入流程

在这里插入图片描述

客户端通过 Distributed FileSystem 模块向 NameNode 请求上传文件，NameNode 检查目标文件是否已存在，操作用户是否有权限。
NameNode返回是否可以上传。
客户端请求上传第一个 Block 并请求上传到哪几个 DataNode服务器上。
NameNode 返回3个 DataNode 节点，分别为 dn1、dn2、dn3。
客户端通过 FSDataOutputStream 模块请求dn1上传数据，dn1收到请求会继续调用dn2，然后dn2调用dn3，将这个通信管道建立完成。
dn3、dn2、dn1逐级应答客户端。
客户端开始往dn1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（64KB）为单位，dn1收到一个Packet就会传给dn2，dn2传给dn3；dn1每传一个Packet会放入一个应答队列等待应答。（每个packet又分为多个chunk）
当一个Block传输完成之后，客户端再次请求 NameNode上传第二个Block。（重复执行 3-7 步）。

4.1.2 机架感知（副本存储节点选择）

步骤 4 中，NameNode 根据请求返回 DataNode 节点的策略是什么？

如果当前客户端所在机器有 DataNode 节点，那就返回当前机器DN1，否则从集群中随机一台。根据第一台机器的位置，然后再其他机架上随机一台，在第二台机器所在机架上再随机一台。
目的是为了提高数据的可靠性，同时一定程度也保证数据传输的效率

机架：存放服务器的架子，也叫机柜。一般来说一个机房有很多机柜，每个机柜有很多服务器。

在这里插入图片描述

4.1.3 网络拓扑-节点距离计算

步骤 5 中，客户端为什么要串行建立通信管道？

在 Hadoop 中，最珍惜的资源莫过于内存和 IO。客户端串行建立通信管道，本质上就是为了降低客户端的IO开销。

步骤 5 中，客户端建立通信通道的时候如何确定和哪一台 DataNode 先建立连接？数据传输的时候如何保证数据成功？

客户端建立通信通道的时候会找离客户端最近（网络拓扑距离）的一台机器先建立通道。
数据传输的时候，采用了 ack 回执的策略保证了数据完整成功上传。

在 HDFS 写数据的过程中，NameNode 会选择距离待上传数据最近距离的 DataNode 接收数据。那么这个最近距离怎么计算呢？

节点距离：两个节点到达最近的共同祖先的距离总和。

例如，假设有数据中心 d1 机架 r1 中的节点 n1 。该节点可以表示为 /d1/r1/n1。利用这种标记，这里给出四种距离描述。

在这里插入图片描述

4.2 HDFS读数据流程

在这里插入图片描述

客户端通过 Distributed FileSystem 向 NameNode 请求下载文件，NameNode 通过查询元数据，找到文件块所在的 DataNode 地址。
挑选一台 DataNode（就近原则，然后随机）服务器，请求读取数据。
DataNode 开始传输数据（以块为单位）给客户端（从磁盘里面读取数据输入流，以 Packet 为单位来做校验）。
客户端以Packet为单位接收，先在本地缓存，然后写入目标文件。

5 NameNode、SecondaryNameNode

5.1 NN与2NN工作机制

在这里插入图片描述

第一阶段：NameNode启动
（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Fsimage和Edits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在内存中对元数据进行增删改。
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Fsimage和Edits文件拷贝到Secondary NameNode。
（5）Secondary NameNode加载Fsimage和Edits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。

NN和2NN工作机制详解：

NameNode 启动时，先滚动 Edits 并生成一个空的 edits.inprogress，然后加载 Edits 和 Fsimage 到内存中，此时 NameNode 内存就持有最新的元数据信息。Client 开始对 NameNode 发送元数据的增删改的请求，这些请求的操作首先会被记录到edits.inprogress 中（查询元数据的操作不会被记录在 Edits 中，因为查询操作不会更改元数据信息），如果此时 NameNode 挂掉，重启后会从 Edits 中读取元数据的信息。然后，NameNode会在内存中执行元数据的增删改的操作。

由于Edits中记录的操作会越来越多，Edits文件会越来越大，导致NameNode在启动加载Edits时会很慢，所以需要对Edits和Fsimage进行合并（所谓合并，就是将Edits和Fsimage加载到内存中，照着Edits中的操作一步步执行，最终形成新的Fsimage）。SecondaryNameNode的作用就是帮助NameNode进行Edits和Fsimage的合并工作。

SecondaryNameNode首先会询问NameNode是否需要CheckPoint（触发CheckPoint需要满足两个条件中的任意一个，定时时间到和Edits中数据写满了）。直接带回NameNode是否检查结果。SecondaryNameNode执行CheckPoint操作，首先会让NameNode滚动Edits并生成一个空的edits.inprogress，滚动Edits的目的是给Edits打个标记，以后所有新的操作都写入edits.inprogress，其他未合并的Edits和Fsimage会拷贝到SecondaryNameNode的本地，然后将拷贝的Edits和Fsimage加载到内存中进行合并，生成fsimage.chkpoint，然后将fsimage.chkpoint拷贝给NameNode，重命名为Fsimage后替换掉原来的Fsimage。NameNode在启动时就只需要加载之前未合并的Edits和Fsimage即可，因为合并过的Edits中的元数据信息已经被记录在Fsimage中。

5.2 Fsimage和Edits解析

Fsimage：NameNode内存中元数据序列化后形成的文件。
Edits：记录客户端更新元数据信息的每一步操作（可通过Edits运算出元数据）

NameNode 中的元数据是存储在哪里的？

首先，我们做个假设，如果存储在 NameNode 节点的磁盘中，因为经常需要进行随机访问，还有响应客户请求，必然是效率过低。因此，元数据需要存放在内存中。但如果只存在内存中，一旦断电，元数据丢失，整个集群就无法工作了。最终的解决方案： 磁盘 + 内存。因此，产生在磁盘中备份元数据的 FsImage。

内存中的元数据和磁盘中的元数据如何进行同步？（元数据的维护策略）

这样又会带来新的问题，当在内存中的元数据更新时，如果同时更新 FsImage，就会导致效率过低，但如果不更新，就会发生一致性问题，一旦NameNode节点断电，就会产生数据丢失。因此，引入Edits文件(只进行追加操作，效率很高)。每当元数据有更新或者添加元数据时，修改内存中的元数据并追加到Edits中。这样，一旦NameNode节点断电，可以通过FsImage和Edits的合并，合成元数据。

谁负责FsImage和Edits的合并?

SecondaryNamenode会检测本地时间，每隔1个小时会主动对NameNode的FsImage和Edits文件进行一次合并（定期进行FsImage和Edits的合并）。合并的时候，首先会通知NameNode，这时候NameNode就会停止对正在使用的Edits文件的追加，同时会新建一个新的Edits日志文件，保证NameNode的正常工作。接下来SecondaryNamenode 会把NameNode本地的FsImage和Edits文件拉取SecondaryNamenode的本地，在内存中对二者进行合并，最后产生最新FsImage文件。把最新的FsImage文件再发送给NameNode的本地。注意还有一个情况，当NameNode的Edits文件中的操作次数累计达到100万次，即便还没到1小时，SecondaryNamenode（每隔60秒会检测一次NameNode的Edits文件的操作次数）也会进行合并。 SecondaryNamenode 也会自己把最新的FsImage文件备份一份。

找到NameNode元数据的存放位置

[huwei@hadoop101 ~]$ cd /opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name/current/
[huwei@hadoop101 current]$ ll

在这里插入图片描述

找到SecondaryNamenode 元数据的存放位置

[huwei@hadoop103 ~]$ cd /opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/namesecondary/current/
[huwei@hadoop103 current]$ ll

在这里插入图片描述

可以发现，NameNode元数据和SecondaryNamenode 元数据信息基本一致，但SecondaryNamenode没有正在使用编辑日志文件以及 seen_txid文件，所以当元数据丢失，通过SecondaryNamenode 去恢复，是不能保证万无一失的恢复过来的（尤其是当NameNode正在使用编辑日志文件已经记录了一些操作）

主要文件介绍：

Fsimage文件：HDFS文件系统元数据的一个永久的检查点，其中会包含HDFS文件系统所有的目录和文件 inode 的序列化信息；
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该文件中
seen_txid文件：文件中保存的是一个数字，就是最后一个edits_的数字

oiv 查看 Fsimage 文件

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

将 Fsimage 文件转为 xml 文件

[huwei@hadoop101 current]$ hdfs oiv -p XML -i fsimage_0000000000000000252 -o fsimage.xml

oev 查看Edits文件

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

[huwei@hadoop101 current]$ hdfs oev -p XML -i edits_inprogress_0000000000000000269 -o edits.xml

5.3 CheckPonit时间设置

[hdfs-default.xml]文件中设置了 CheckPonit

（1）通常情况下，SecondaryNameNode每隔一小时执行一次。

<property>
  <name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>
  <value>3600s</value>
</property>

（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。

<property>
  <name>dfs.namenode.checkpoint.txns</name>
  <value>1000000</value>
<description>操作动作次数</description>
</property>

<property>
  <name>dfs.namenode.checkpoint.check.period</name>
  <value>60s</value>
<description> 1分钟检查一次操作次数</description>
</property >

5.4 NameNode故障处理

NameNode 故障后，可以采用如下方法恢复数据。

将SecondaryNameNode中数据拷贝到NameNode存储数据的目录

（1）杀死NameNode进程

kill -9  NameNode进程号

（2）删除NameNode存储的数据（/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name/current）

[huwei@hadoop101 ~]$ rm -rf /opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name/current/*

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

[huwei@hadoop103 current]$ scp -r ./* huwei@hadoop101:/opt/module/hadoop-3.1.3/data/dfs/name/current

（4）重新启动NameNode

[huwei@hadoop101 ~]$ hdfs --daemon start namenode

5.5 集群安全模式

在这里插入图片描述

5.6 NameNode多目录配置

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

（1）在 hdfs-site.xml 文件中添加如下内容

[huwei@hadoop101 ~]$ cd /opt/module/hadoop-3.1.3/etc/hadoop

<property>
	<name>dfs.namenode.name.dir</name>
	<value>file://${hadoop.tmp.dir}/dfs/name1,file://${hadoop.tmp.dir}/dfs/name2</value>
</property>

（2）停止集群，删除三台节点的data和logs中所有数据

[huwei@hadoop101 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/
[huwei@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/
[huwei@hadoop103 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/

（3）格式化集群并启动

[huwei@hadoop101 hadoop-3.1.3]$ hdfs namenode –format
[huwei@hadoop101 hadoop-3.1.3]$ start-dfs.sh

（4）查看结果

[huwei@hadoop101 dfs]$ ll
drwx------. 3 huwei huwei 4096 10月 25 19:28 data
drwxrwxr-x. 3 huwei huwei 4096 10月 25 19:28 name1
drwxrwxr-x. 3 huwei huwei 4096 10月 25 19:28 name2

6 DataNode

6.1 DataNode 工作机制

在这里插入图片描述

DataNode 工作机制：

一个数据块在DataNode上以文件形式存储在磁盘上，包括两个文件，一个是数据本身，一个是元数据包括数据块的长度，块数据的校验和，以及时间戳。
DataNode 启动后向 NameNode 注册，通过后，周期性（1小时）的向NameNode上报所有的块信息。
心跳是每 3秒一次，心跳返回结果带有 NameNode 给该DataNode的命令如复制块数据到另一台机器，或删除某个数据块。如果超过10分钟30秒没有收到某个DataNode的心跳，则认为该节点不可用。
集群运行中可以安全加入和退出一些机器。

6.2 数据完整性

思考：如果电脑磁盘里面存储的数据是控制高铁信号灯的红灯信号（1）和绿灯信号（0），但是存储该数据的磁盘坏了，一直显示是绿灯，是否很危险？同理DataNode节点上的数据损坏了，却没有发现，是否也很危险，那么如何解决呢？

如下是DataNode节点保证数据完整性的方法。
（1）当DataNode读取Block的时候，它会计算CheckSum。
（2）如果计算后的CheckSum，与Block创建时值不一样，说明Block已经损坏。
（3）Client读取其他DataNode上的Block。
（4）常见的校验算法 crc（32），md5（128），sha1（160）
（5）DataNode在其文件创建后周期验证CheckSum。

6.3 掉线时限参数设置

在这里插入图片描述

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**。

<property>
    <name>dfs.namenode.heartbeat.recheck-interval</name>
    <value>300000</value>
</property>
<property>
    <name>dfs.heartbeat.interval</name>
    <value>3</value>
</property>

6.4 服役新数据节点

随着公司业务的增长，数据量越来越大，原有的数据节点的容量已经不能满足存储数据的需求，需要在原有集群基础上动态添加新的数据节点。

环境准备

在hadoop103主机上再克隆一台hadoop104主机
修改IP地址和主机名称（重启生效）
删除原来HDFS文件系统留存的文件（/opt/module/hadoop-3.1.3/data和logs）
- 不删的话，持续刷新HDFS的web界面时可以发现hadoop103和hadoop104交替出现，因为hadoop104是通过hadoop103克隆出来的

[huwei@hadoop104 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data logs

在 hadoop104 上启动 datanode，此时要么重新配置 etc/hadoop/workers添加hadoop104 ，要么在hadoop104单独启动 datanode，数据信息都是一样的，NameNode会认为二者是同一个

[huwei@hadoop104 ~]$ hdfs --daemon start datanode

此时在HDFS的web界面可以看到4个datanode

在这里插入图片描述

6.5 退役旧数据节点

6.5.1 添加白名单和黑名单

白名单和黑名单是 hadoop 管理集群主机的一种机制。

添加到白名单的主机节点，都允许访问 NameNode，不在白名单的主机节点，都会被退出。添加到黑名单的主机节点，不允许访问 NameNode，会在数据迁移后退出。
实际情况下，白名单用于确定允许访问 NameNode的 DataNode节点，内容配置一般与workers文件内容一致。黑名单用于在集群运行过程中退役 DataNode节点。

配置白名单和黑名单的具体步骤如下：

（1）在NameNode节点的/opt/module/hadoop-3.1.3/etc/hadoop目录下分别创建whitelist 和blacklist文件

[huwei@hadoop101 ~]$ cd /opt/module/hadoop-3.1.3/etc/hadoop
[huwei@hadoop101 hadoop]$ touch whitelist
[huwei@hadoop101 hadoop]$ touch blacklist

在whitelist中添加如下主机名称，假如集群正常工作的节点为 101 102 103 104

hadoop101
hadoop102
hadoop103
hadoop104

黑名单暂时为空。

（2）在当前目录下的 hdfs-site.xml 配置文件中增加 dfs.hosts和 dfs.hosts.exclude配置参数

<!-- 白名单 -->
<property>
<name>dfs.hosts</name>
<value>/opt/module/hadoop-3.1.3/etc/hadoop/whitelist</value>
</property>
<!-- 黑名单 -->
<property>
<name>dfs.hosts.exclude</name>
<value>/opt/module/hadoop-3.1.3/etc/hadoop/blacklist</value>
</property>

（3）分发配置文件whitelist，blacklist，hdfs-site.xml （注意：104节点也要发一份）

[huwei@hadoop101 hadoop]$ xsync ./
[huwei@hadoop101 hadoop]$ rsync -av ./ huwei@hadoop104:/opt/module/hadoop-3.1.3/etc/hadoop/

（4）重新启动集群（注意：104节点没有添加到workers，因此要单独起停）

[huwei@hadoop101 ~]$ stop-dfs.sh
[huwei@hadoop101 ~]$ start-dfs.sh
[huwei@hadoop104 ~]$ hdfs --daemon start datanode

（5）在web浏览器上查看目前正常工作的DN节点

在这里插入图片描述

6.5.2 黑名单退役

（1）编辑/opt/module/hadoop-3.1.3/etc/hadoop目录下的blacklist文件

[huwei@hadoop101 hadoop]$ vim blacklist

添加如下主机名称（要退役的节点）

hadoop104

（2）分发blacklist到所有节点

[huwei@hadoop101 hadoop]$ xsync ./
[huwei@hadoop101 hadoop]$ rsync -av ./ huwei@hadoop104:/opt/module/hadoop-3.1.3/etc/hadoop/

（3）刷新NameNode

[huwei@hadoop101 hadoop]$ hdfs dfsadmin -refreshNodes

（4）检查Web浏览器，退役节点的状态为Decommissioning（退役中），说明数据节点正在复制块到其他节点

（5）等待退役节点状态为decommissioned（已退役，所有块已经复制完成），停止该节点及节点资源管理器。

注意：如果副本数是3，服役的节点小于等于3，是不能退役成功的，需要修改副本数后才能退役

在这里插入图片描述

注意：不允许白名单和黑名单中同时出现同一个主机名称，既然使用了黑名单blacklist成功退役了hadoop104节点，因此要将白名单whitelist里面的hadoop104去掉。

6.6 DataNode多目录配置

DataNode可以配置成多个目录，每个目录存储的数据不一样。即：数据不是副本

（1）在hdfs-site.xml文件中添加如下内容

<property>
        <name>dfs.datanode.data.dir</name>
        <value>file://${hadoop.tmp.dir}/dfs/data1,file://${hadoop.tmp.dir}/dfs/data2</value>
</property>

（2）停止集群，删除三台节点的data和logs中所有数据。

[huwei@hadoop101 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/
[huwei@hadoop102 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/
[huwei@hadoop103 hadoop-3.1.3]$ rm -rf data/ logs/

（3）格式化集群并启动

[huwei@hadoop101 hadoop-3.1.3]$ hdfs namenode –format
[huwei@hadoop101 hadoop-3.1.3]$ start-dfs.sh

（4）查看结果

[huwei@hadoop101 dfs]$ ll
drwx------. 3 huwei huwei 4096 10月 25 19:57 data1
drwx------. 3 huwei huwei 4096 10月 25 19:57 data2
drwxrwxr-x. 3 huwei huwei 4096 10月 25 19:28 name1
drwxrwxr-x. 3 huwei huwei 4096 10月 25 19:28 name2