4. NameNode 工作机制
4.1 NameNode、Fsimage 、Edits 和 SecondaryNameNode 概述
NameNode：在内存中储存 HDFS 文件的元数据信息（目录）
如果节点故障或断电，存在内存中的数据会丢失，显然只在内存中保存是不可靠的
实际在磁盘当中也有保存：Fsimage 和 Edits，一个 NameNode 节点在重启后会根据这磁盘上的这两个文件来恢复到之前的状态
Fsimage（镜像文件） 和 Edits（编辑日志）：记录内存中的元数据
如果每次对 HDFS 的操作都实时的把内存中的元数据信息往磁盘上传输，这样显然效率不够高，也不稳定
这时就出现了 Edits 文件，用来记录每次对 HDFS 的操作，这样在磁盘上每次就只用做很小改动（只进行追加操作）
当Edits 文件达到了一定大小或过了一定的时间，就需要把 Edits 文件转化 Fsimage 文件，然后清空 Edits
这样的Fsimage 文件不会和内存中的元数据实时同步，需要加上 Edits 文件才相等
SecondaryNameNode：负责 Edits 转化成 Fsimage
SecondaryNameNode 不是 NameNode 的备份
SecondaryNameNode 会定时定量的把集群中的 Edits 文件转化为 Fsimage 文件，来保证 NameNode 中数据的可靠性
4.2 NameNode & Secondary NameNode 工作机制
4.2.1 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，直接加载编辑日志和镜像文件到内存；
2、 客户端对元数据进行增删改的请求；
3、 Namenode记录操作日志，追加滚动日志；
4、 Namenode在内存中对数据进行增删改查；
4.2.2 第二阶段：Secondary NameNode 工作
1、 SecondaryNameNode询问Namenode是否需要checkpoint，直接带回Namenode是否检查结果；
2、 SecondaryNameNode请求执行checkpoint；
3、 Namenode滚动正在写的edits日志；
4、 将滚动前的编辑日志和镜像文件拷贝到SecondaryNameNode；
5、 SecondaryNameNode加载编辑日志和镜像文件到内存，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；
4.2.3 web 端访问 SecondaryNameNode
1、 启动集群；
2、 浏览器中输入：http://slave1:50090/status.html；
3、 查看SecondaryNameNode信息；
4.2.4 chkpoint检查时间参数设置
[hdfs-default.xml]
1、 通常情况下，SecondaryNameNode每隔一小时执行一次；
<property>
<name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>
<value>3600</value>
</property>
1、 一分钟检查一次操作次数，当操作次数达到一百万时，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>60</value>
<description> 1分钟检查一次操作次数</description>
</property>
4.3 镜像文件和编辑日志文件
4.3.1 概念
Namenode 被格式化之后，将在 /usr/local/hadoop/tmp/dfs/name/current 目录中产生如下文件：
edits_0000000000000000000
fsimage_0000000000000000000.md5
seen_txid
VERSION
1、 Fsimage文件：HDFS文件系统元数据的一个永久性的检查点，其中包含HDFS文件系统的所有目录和文件idnode的序列化信息；
2、 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edits文件中；
3、 seen_txid文件：保存的是一个数字，就是最后一个edits_的数字；
4、 每次Namenode启动的时候都会将fsimage文件读入内存，并从00001开始到seen_txid中记录的数字依次执行每个edits里面的更新操作，保证内存中的元数据信息是最新的、同步的，可以看成Namenode启动的时候就将fsimage和edits文件进行了合并；
4.3.2 oiv 查看 fsimage 文件
1、 查看oiv和oev命令；
[root@master current]$ hdfs
oiv apply the offline fsimage viewer to an fsimage
oev apply the offline edits viewer to an edits file
1、 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
1、 案例实操；
[root@master current]# pwd
/usr/local/hadoop/tmp/dfs/name/current
[root@master current]# hdfs oiv -p XML -i fsimage_0000000000000002141 -o /usr/hadoop/fsimage.xml
20/03/04 20:44:45 INFO offlineImageViewer.FSImageHandler: Loading 5 strings
[root@master current]# cat /usr/hadoop/fsimage.xml
将显示的 xml 文件内容格式化 查看 （可看到 Hdfs 上各个文件目录信息）
4.3.3 oev 查看 edits 文件
1、 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
1、 案例实操；
[root@master current]# hdfs oev -p XML -i edits_0000000000000002491-0000000000000002492 -o /usr/hadoop/edits.xml
[root@master current]# cat /usr/hadoop/edits.xml
将显示的 xml 文件内容格式化 查看
4.4 滚动编辑日志
正常情况 HDFS 文件系统有更新操作时，就会滚动编辑日志，也可以用命令强制滚动编辑日志
1、 滚动编辑日志（前提必须启动集群）；
[root@master current]# hdfs dfsadmin -rollEdits
Successfully rolled edit logs.
New segment starts at txid 2507
1、 镜像文件什么时候产生；
Namenode 启动时加载镜像文件和编辑日志
4.5 Namenode 版本号
4.5.1 查看 Namenode 版本号
在/usr/local/hadoop/tmp/dfs/name/current 这个目录下查看 VERSION
[root@master current]# cat VERSION
#Wed Mar 04 17:53:02 CST 2020
namespaceID=866472014
clusterID=CID-f383d6c4-da30-47c7-beb6-02c589c47f27
cTime=1582684942545
storageType=NAME_NODE
blockpoolID=BP-116957957-192.168.27.101-1582684942545
layoutVersion=-63
4.5.2 Namenode 版本号具体解释
1、 NamespaceID在HDFS上，会有多个Namenode，所以不同Namenode的namespaceID是不同的，分别管理一组blockpoolID；
2、 clusterID集群id，全局唯一；
3、 cTime属性标记了Namenode存储系统的创建时间，对于刚刚格式化的存储系统，这个属性为0；但是在文件系统升级之后，该值会更新到新的时间戳；
4、 storageType属性说明该存储目录包含的是Namenode的数据结构；
5、 blockpoolID：一个blockpoolid标识一个blockpool，并且是跨集群的全局唯一当一个新的Namespace被创建的时候(format过程的一部分)会创建并持久化一个唯一ID在创建过程构建全局唯一的BlockPoolID比人为的配置更可靠一些NN将BlockPoolID持久化到磁盘中，在后续的启动过程中，会再次load并使用；
6、 layoutVersion是一个负整数，通常只有HDFS增加新特性时才会更新这个版本号；
4.6 SecondaryNameNode 目录结构
Secondary NameNode 用来监控 HDFS 状态的辅助后台程序，每隔一段时间获取 HDFS 元数据的快照
在slave2 机器上的 /usr/local/hadoop/tmp/dfs/namesecondary/current 这个目录中查看 SecondaryNameNode 目录结构
[root@slave1 current]# pwd
/usr/local/hadoop/tmp/dfs/namesecondary/current
[root@slave1 current]# ll
total 1060
-rw-r--r--. 1 root root 1048576 Mar 4 23:05 edits_0000000000000002749-0000000000000002749
-rw-r--r--. 1 root root 42 Mar 4 23:05 edits_0000000000000002750-0000000000000002751
-rw-r--r--. 1 root root 42 Mar 5 15:21 edits_0000000000000002781-0000000000000002782
-rw-r--r--. 1 root root 4115 Mar 5 15:21 fsimage_0000000000000002780
-rw-r--r--. 1 root root 62 Mar 5 15:21 fsimage_0000000000000002780.md5
-rw-r--r--. 1 root root 4115 Mar 5 15:21 fsimage_0000000000000002782
-rw-r--r--. 1 root root 62 Mar 5 15:21 fsimage_0000000000000002782.md5
-rw-r--r--. 1 root root 217 Mar 5 15:21 VERSION
SecondaryNameNode 的 namesecondary/current 目录和主 Namenode 的 current 目录的布局相同
好处：在主 Namenode 发生故障时（假设没有及时备份数据），可以从 SecondaryNameNode 恢复数据
4.6.1 Namenode 故障恢复方法一
将SecondaryNameNode 中数据拷贝到 Namenode 存储数据的目录
案例实操：模拟 Namenode 故障，并采用方法一，恢复 Namenode 数据
1、 kill-9namenode进程(-9表示无条件终止)；
2、 删除Namenode存储的数据（/usr/local/hadoop/tmp/dfs/name）；
rm -rf /usr/local/hadoop/tmp/dfs/name/*
打开 http://master:50070/ 无法访问 3、 拷贝SecondaryNameNode中数据到原Namenode存储数据目录；
[root@slave1 dfs]# scp -r /usr/local/hadoop/tmp/dfs/namesecondary/* master:/usr/local/hadoop/tmp/dfs/name/
edits_0000000000000002749-0000000000000002749 100% 1024KB 1.0MB/s 00:00
edits_0000000000000002750-0000000000000002751 100% 42 0.0KB/s 00:00
VERSION 100% 217 0.2KB/s 00:00
fsimage_0000000000000002780.md5 100% 62 0.1KB/s 00:00
fsimage_0000000000000002780 100% 4115 4.0KB/s 00:00
edits_0000000000000002781-0000000000000002782 100% 42 0.0KB/s 00:00
fsimage_0000000000000002782.md5 100% 62 0.1KB/s 00:00
fsimage_0000000000000002782 100% 4115 4.0KB/s 00:00
in_use.lock
4、 重新启动Namenode；
sbin/hadoop-daemon.sh start namenode
打开 http://master:50070/ 可以访问，并可操作 Hdfs
4.6.2 Namenode 故障恢复方法二
使用-importCheckpoint 选项启动 Namenode 守护进程，从而将 SecondaryNameNode 用作新的主 Namenode
案例实操：模拟 Namenode 故障，并采用方法二，恢复 Namenode 数据
1、 修改hdfs-site.xml中的；
<property>
<name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>
<value>120</value>
</property>
2、 kill-9namenode进程；
3、 删除Namenode存储的数据（/usr/local/hadoop/tmp/dfs/name）；
rm -rf /usr/local/hadoop/tmp/dfs/name/*
打开 http://master:50070/ 无法访问 4、 如果SecondaryNameNode不和Namenode在一个主机节点上，需要将SecondaryNameNode存储数据的目录拷贝到Namenode存储数据的平级目录；
[root@master dfs]# pwd
/usr/local/hadoop/tmp/dfs
[root@master dfs]# ls
name namesecondary
5、 导入检查点数据（等待一会ctrl+c结束掉）；
bin/hdfs namenode -importCheckpoint
6、 启动Namenode；
sbin/hadoop-daemon.sh start namenode
7、 如果提示文件锁了，可以删除in_use.lock；
rm -rf /usr/local/hadoop/tmp/dfs/namesecondary/in_use.lock
4.7 集群安全模式操作
4.7.1 概述
Namenode 启动时，首先将映像文件（fsimage）载入内存，并执行编辑日志（edits）中的各项操作
一旦在内存中成功建立文件系统元数据的映像，则创建一个新的 fsimage 文件和一个空的编辑日志，此时 Namenode 开始监听 Datanode 请求
但是此刻，Namenode 运行在安全模式，即 Namenode 的文件系统对于客户端来说是只读的
系统中的数据块的位置并不是由 Namenode 维护的，而是以块列表的形式存储在 Datanode 中
在系统的正常操作期间，Namenode 会在内存中保留所有块位置的映射信息
在安全模式下，各个 Datanode 会向 Namenode 发送最新的块列表信息，Namenode 了解到足够多的块位置信息之后，即可高效运行文件系统
如果满足“最小副本条件”，Namenode 会在30秒钟之后就退出安全模式
所谓的最小副本条件指的是在整个文件系统中99.9%的块满足最小副本级别（默认值：dfs.replication.min=1）
在启动一个刚刚格式化的 HDFS 集群时，因为系统中还没有任何块，所以 Namenode 不会进入安全模式
4.7.2 基本语法
集群处于安全模式，不能执行重要操作（写操作），集群启动完成后，自动退出安全模式。
1、 bin/hdfsdfsadmin-safemodeget（功能描述：查看安全模式状态）；
2、 bin/hdfsdfsadmin-safemodeenter（功能描述：进入安全模式状态）；
3、 bin/hdfsdfsadmin-safemodeleave（功能描述：离开安全模式状态）；
4、 bin/hdfsdfsadmin-safemodewait（功能描述：等待安全模式状态）；
4.7.3 案例
模拟等待安全模式
1、 先进入安全模式；
bin/hdfs dfsadmin -safemode enter
安全模式下只可查看 Hdfs 文件，无法新增、删除 2、 执行下面的脚本；
编辑一个脚本
#!/bin/bash
bin/hdfs dfsadmin -safemode wait
bin/hdfs dfs -put ~/hello.txt /root/hello.txt
3、 再打开一个窗口，执行；
bin/hdfs dfsadmin -safemode leave
4.8 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
具体配置如下：
[hdfs-site.xml]
<property>
<name>dfs.namenode.name.dir</name>
<value>file:///${hadoop.tmp.dir}/dfs/name1,file:///${hadoop.tmp.dir}/dfs/name2</value>
</property>