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HDFS架構

發布時間: 2022-11-24 16:51:12

HDFS架構,HDFS中的存儲單元(Block),一個文件會被切分成若干個固定大小Block(塊默認是64MB,可配置,若不足64MB,則單獨一個塊),存儲在不同結點上,默認每Block有三個副本(副本越多,硬盤利用率越低), Block大小和副本數通過Client端上傳文件時設置,文件上傳成功后,副本數可變,Block Size不可變。

如一個200MB文件會被切成4塊,存在不同結點,如一臺機器出現故障后,會自動復制副本,恢復到正常狀態,只要三個機器不同時發生故障,數據不會丟失。

HDFS包含3種結點,NameNode(NN)、Secondary NameNode(SNN)、DataNode(DN)。以下分別介紹各個結點的功能,HDFS架構圖如圖1所示。


圖1 HDFS架構圖

1.NN結點功能

接收客戶端的讀寫請求,NN中保存文件的Metadata數據(元數據是最重要的,元數據丟失的話,DataNode也就丟失)包括除文件內容外的文件信息;文件包含哪些Block; Block保存在哪個DN上(由DN啟動時上報,因為這個可能隨時變化),為了提高客戶端查詢元數據速度,NN中的Metadata信息在啟動后會加載到內存,但是內存中的數據大小總是一定的,Metadata持久化存儲在硬盤的文件名為Fsimage, Block的位置信息不會保存到Fsimage, Edits日志文件記錄元數據Metadata的操作日志。例如,有一個插入文件的操作,Hadoop不會直接修改Fsimage,而是記錄到Edits日志記錄文件中。隔段時間后會合并Edits和Fsimage,生成新的Fsimage, Edits的機制和關系型數據庫事務的預提交是一樣的機制,合并的機制主要由下面SNN結點完成。

2.SNN結點功能

SNN結點的主要工作是幫助NN合并Edits Log,減少NN啟動時間,另一方面合并會有大量的I/O操作,但是NN最主要的作用是接收用戶讀寫服務,所以大量的資源不能用來進行合并操作。SNN不是NN的備份,但可以做一部分的元數據備份,而不是實時備份(不是熱備)。滿足合并時機后(合并時機:設置時間間隔FS.Checkpoint.Period,默認3600秒;或者配置Edit Log大小,最大64MB),SNN會復制NN的Edits日志記錄文件和Fsimage元數據文件到SNN,可能會跨網絡復制,這時NN會創建一個新的Edits文件來記錄用戶的讀寫請求操作,然后SNN就會合并為一個新的Fsimage文件,然后SNN會把這個文件推送給NN,最后NN會用新的Fsimage替換舊的Fsimage,然后如此反復進行,如圖2所示。


圖2 Fsimage和Edits合并流程圖

3.DN結點功能

存儲數據,啟動DN線程的時候向NN匯報Block信息;通過向NN發送心跳保持與其聯系(3秒/次),如果NN10分鐘沒有收到DN心跳,則認為其Lost,并Copy其上的Block到其他DN。

副本存儲策略如下。

第一個副本:放置在上傳文件的DN;如果是集群外提交,則隨機挑選一臺硬盤不太滿,CPU不太忙的結點。

第二個副本:放置在與第一個副本不同的機架的結點上。

第三個副本:放置在與第二個副本相同的機架結點(一個機架電源相同,保證安全的同時提高速度)。

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