HDFS fsimage和edits实现合并的原理

1. Hadoop 1.x 版本fsimage和edits合并实现原理

在NameNode运行期间，HDFS的所有更新操作都是直接写到edits中，久而久之edits文件将会变得很大；虽然这对NameNode运行时候是没有什么影响的，但是我们知道当NameNode重启的时候，NameNode先将fsimage里面的所有内容映像到内存中，然后再一条一条地执行edits中的记录，当edits文件非常大的时候，会导致NameNode启动操作非常地慢，而在这段时间内HDFS系统处于安全模式，这显然不是用户要求的。能不能在NameNode运行的时候使得edits文件变小一些呢？其实是可以的，本文主要是针对Hadoop1.x版本，说明其是怎么将edits和fsimage文件合并的，Hadoop2.x版本edits和fsimage文件合并是不同的。
　　用过Hadoop的用户应该都知道在Hadoop里面有个SecondaryNamenode进程，从名字看来大家很容易将它当作NameNode的热备进程。其实真实的情况不是这样的。SecondaryNamenode是HDFS架构中的一个组成部分，它是用来保存namenode中对HDFS metadata的信息的备份，并减少namenode重启的时间而设定的！一般都是将SecondaryNamenode单独运行在一台机器上，那么SecondaryNamenode是如何namenode重启的时间的呢？来看看SecondaryNamenode的工作情况：
　　（1）、SecondaryNamenode会定期的和NameNode通信，请求其停止使用edits文件，暂时将新的写操作写到一个新的文件edit.new上来，这个操作是瞬间完成，上层写日志的函数完全感觉不到差别；
　　（2）、SecondaryNamenode通过HTTP GET方式从NameNode上获取到fsimage和edits文件，并下载到本地的相应目录下；
　　（3）、SecondaryNamenode将下载下来的fsimage载入到内存，然后一条一条地执行edits文件中的各项更新操作，使得内存中的fsimage保存最新；这个过程就是edits和fsimage文件合并；
　　（4）、SecondaryNamenode执行完（3）操作之后，会通过post方式将新的fsimage文件发送到NameNode节点上
　　（5）、NameNode将从SecondaryNamenode接收到的新的fsimage替换旧的fsimage文件，同时将edit.new替换edits文件，通过这个过程edits就变小了！整个过程的执行可以通过下面的图说明：

　　在（1）步骤中，我们谈到SecondaryNamenode会定期的和NameNode通信，这个是需要配置的,可以通过core-site.xml进行配置，下面是默认的配置：

2. fs.checkpoint.period
3. 3600
4. Thenumberofsecondsbetweentwoperiodiccheckpoints.
5.  
6. 
   

   　　其实如果当fs.checkpoint.period配置的时间还没有到期，我们也可以通过判断当前的edits大小来触发一次合并的操作，可以通过下面配置

   [html]copy   fs.checkpoint.size 67108864 Thesizeofthecurrenteditlog(inbytes)thattriggers aperiodiccheckpointevenifthefs.checkpoint.periodhasn'texpired.

   　　当edits文件大小超过以上配置，即使fs.checkpoint.period还没到，也会进行一次合并。顺便说说SecondaryNamenode下载下来的fsimage和edits暂时存放的路径可以通过下面的属性进行配置：

   [html]copy   fs.checkpoint.dir ${hadoop.tmp.dir}/dfs/namesecondary DetermineswhereonthelocalfilesystemtheDFSsecondary namenodeshouldstorethetemporaryimagestomerge. Ifthisisacomma-delimitedlistofdirectoriesthentheimageis replicatedinallofthedirectoriesforredundancy.       fs.checkpoint.edits.dir ${fs.checkpoint.dir} DetermineswhereonthelocalfilesystemtheDFSsecondary namenodeshouldstorethetemporaryeditstomerge. Ifthisisacomma-delimitedlistofdirectoiresthenteheditsis replicatedinallofthedirectoiresforredundancy. Defaultvalueissameasfs.checkpoint.dir

   从上面的描述我们可以看出，SecondaryNamenode根本就不是Namenode的一个热备，其只是将fsimage和edits合并。其拥有的fsimage不是最新的，因为在他从NameNode下载fsimage和edits文件时候，新的更新操作已经写到edit.new文件中去了。而这些更新在SecondaryNamenode是没有同步到的！当然，如果NameNode中的fsimage真的出问题了，还是可以用SecondaryNamenode中的fsimage替换一下NameNode上的fsimage，虽然已经不是最新的fsimage，但是我们可以将损失减小到最少！

   2. 2.X 版本中fsimage和edits合并实现原理

   　我们知道，在Hadoop 2.x中解决了NameNode的单点故障问题；同时SecondaryName已经不用了，而之前的Hadoop 1.x中是通过SecondaryName来合并fsimage和edits以此来减小edits文件的大小，从而减少NameNode重启的时间。而在Hadoop 2.x中已经不用SecondaryName，那它是怎么来实现fsimage和edits合并的呢？首先我们得知道，在Hadoop 2.x中提供了HA机制（解决NameNode单点故障），可以通过配置奇数个JournalNode来实现HA，如何配置今天就不谈了！HA机制通过在同一个集群中运行两个NN（active NN & standby NN）来解决NameNode的单点故障，在任何时间，只有一台机器处于Active状态；另一台机器是处于Standby状态。Active NN负责集群中所有客户端的操作；而Standby NN主要用于备用，它主要维持足够的状态，如果必要，可以提供快速的故障恢复。
   　　为了让Standby NN的状态和Active NN保持同步，即元数据保持一致，它们都将会和JournalNodes守护进程通信。当Active NN执行任何有关命名空间的修改，它需要持久化到一半以上的JournalNodes上(通过edits log持久化存储)，而Standby NN负责观察edits log的变化，它能够读取从JNs中读取edits信息，并更新其内部的命名空间。一旦Active NN出现故障，Standby NN将会保证从JNs中读出了全部的Edits，然后切换成Active状态。Standby NN读取全部的edits可确保发生故障转移之前，是和Active NN拥有完全同步的命名空间状态
   　　那么这种机制是如何实现fsimage和edits的合并？在standby NameNode节点上会一直运行一个叫做CheckpointerThread的线程，这个线程调用StandbyCheckpointer类的doWork()函数，而doWork函数会每隔Math.min(checkpointCheckPeriod, checkpointPeriod)秒来坐一次合并操作，相关代码如下：

    

   [html]copy
    
   1. try{
   2. Thread.sleep(1000*checkpointConf.getCheckPeriod());
   3. }catch(InterruptedExceptionie){
   4. }
   5.  
   6. publiclonggetCheckPeriod(){
   7. returnMath.min(checkpointCheckPeriod,checkpointPeriod);
   8. }
   9.  
   10. checkpointCheckPeriod=conf.getLong(
   11. DFS_NAMENODE_CHECKPOINT_CHECK_PERIOD_KEY,
   12. DFS_NAMENODE_CHECKPOINT_CHECK_PERIOD_DEFAULT);
   13.  
   14. checkpointPeriod=conf.getLong(DFS_NAMENODE_CHECKPOINT_PERIOD_KEY,
   15. DFS_NAMENODE_CHECKPOINT_PERIOD_DEFAULT);
   16. try{
   17. Thread.sleep(1000*checkpointConf.getCheckPeriod());
   18. }catch(InterruptedExceptionie){
   19. }
   20.  
   21. publiclonggetCheckPeriod(){
   22. returnMath.min(checkpointCheckPeriod,checkpointPeriod);
   23. }
   24.  
   25. checkpointCheckPeriod=conf.getLong(
   26. DFS_NAMENODE_CHECKPOINT_CHECK_PERIOD_KEY,
   27. DFS_NAMENODE_CHECKPOINT_CHECK_PERIOD_DEFAULT);
   28.  
   29. checkpointPeriod=conf.getLong(DFS_NAMENODE_CHECKPOINT_PERIOD_KEY,
   30. DFS_NAMENODE_CHECKPOINT_PERIOD_DEFAULT);
       
       

       上面的checkpointCheckPeriod和checkpointPeriod变量是通过获取hdfs-site.xml以下两个属性的值得到：

        

       [html]copy
        
       2. dfs.namenode.checkpoint.period
       3. 3600
       4. Thenumberofsecondsbetweentwoperiodiccheckpoints.
       5.  
       6.  
       7.  
       9. dfs.namenode.checkpoint.check.period
       10. 60
       11. TheSecondaryNameNodeandCheckpointNodewillpolltheNameNode
       12. every'dfs.namenode.checkpoint.check.period'secondstoquerythenumber
       13. ofuncheckpointedtransactions.
       14.  
       15. 
           
           

           当达到下面两个条件的情况下，将会执行一次checkpoint：

            

           [java]copy
            
           1. booleanneedCheckpoint=false;
           2. if(uncheckpointed>=checkpointConf.getTxnCount()){
           3. LOG.info("Triggeringcheckpointbecausetherehavebeen"+
           4. uncheckpointed+"txnssincethelastcheckpoint,which"+
           5. "exceedstheconfiguredthreshold"+
           6. checkpointConf.getTxnCount());
           7. needCheckpoint=true;
           8. }elseif(secsSinceLast>=checkpointConf.getPeriod()){
           9. LOG.info("Triggeringcheckpointbecauseithasbeen"+
           10. secsSinceLast+"secondssincethelastcheckpoint,which"+
           11. "exceedstheconfiguredinterval"+checkpointConf.getPeriod());
           12. needCheckpoint=true;
           13. }
               
               

               　　当上述needCheckpoint被设置成true的时候，StandbyCheckpointer类的doWork()函数将会调用doCheckpoint()函数正式处理checkpoint。当fsimage和edits的合并完成之后，它将会把合并后的fsimage上传到Active NameNode节点上，Active NameNode节点下载完合并后的fsimage，再将旧的fsimage删掉（Active NameNode上的）同时清除旧的edits文件。步骤可以归类如下：
               　　（1）、配置好HA后，客户端所有的更新操作将会写到JournalNodes节点的共享目录中，可以通过下面配置

                

               [html]copy
                
               2. 　　dfs.namenode.shared.edits.dir
               3. 　　qjournal://XXXX/mycluster
               4.  
               5.  
               7. 　　dfs.journalnode.edits.dir
               8. 　　/export1/hadoop2x/dfs/journal
               9. 
                  
                  

                  　　（2）、Active Namenode和Standby NameNode从JournalNodes的edits共享目录中同步edits到自己edits目录中；
                  　　（3）、Standby NameNode中的StandbyCheckpointer类会定期的检查合并的条件是否成立，如果成立会合并fsimage和edits文件；
                  　　（4）、Standby NameNode中的StandbyCheckpointer类合并完之后，将合并之后的fsimage上传到Active NameNode相应目录中；
                  　　（5）、Active NameNode接到最新的fsimage文件之后，将旧的fsimage和edits文件清理掉；
                  　　（6）、通过上面的几步，fsimage和edits文件就完成了合并，由于HA机制，会使得Standby NameNode和Active NameNode都拥有最新的fsimage和edits文件（之前Hadoop 1.x的SecondaryNameNode中的fsimage和edits不是最新的）

                  参考文章：

                   

                  1.http://tech.meituan.com/namenode.html

                   

                  2.http://tech.meituan.com/namenode-memory-detail.html