hadoop分析之一HDFS元数据解析

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1、元数据（Metadata）：维护HDFS文件系统中文件和目录的信息，分为内存元数据和元数据文件两种。NameNode维护整个元数据。



HDFS实现时，没有采用定期导出元数据的方法，而是采用元数据镜像文件（FSImage）+日子文件（edits）的备份机制。

2、Block：文件内容而言。

寻路径流程：

     路径信息             bocks[]                  triplets[]     

Client ------------》INode---------------------》BlockInfo --------------------------》DataNode。



INode：文件的基本元素：文件和目录

BlockInfo： 文件内容对象

DatanodeDescriptor:具体存储对象。

3 、 FSImage和edits的checkPoint。FSImage有2个状态，分别是FsImage和FsImage.ckpt,后者表示正在checkpoint的过程中，上传后将会修改为FSImage文件，同理edits也有两个状态，edits和edits.new。

4、NameNode format情景分析：

• 遍历元数据存储目录，提示用户是否格式化？(NameNode.java里format函数）
  

private static boolean format( Configuration conf ,
boolean isConfirmationNeeded )
throws IOException {
Collection<URI > dirsToFormat = FSNamesystem. getNamespaceDirs(conf );
Collection<URI > editDirsToFormat =
FSNamesystem .getNamespaceEditsDirs (conf );
for( Iterator< URI> it = dirsToFormat.iterator (); it. hasNext() ;) {
File curDir = new File (it .next (). getPath()) ;
if (! curDir. exists())
continue;
if (isConfirmationNeeded ) {
System .err .print ("Re-format filesystem in " + curDir + " ? (Y or N) ");
if (! (System .in .read () == 'Y')) {
System .err .println ("Format aborted in " + curDir );
return true ;
}
while(System .in .read () != '\n') ; // discard the enter-key
}
}
FSNamesystem nsys = new FSNamesystem (new FSImage(dirsToFormat ,
editDirsToFormat ), conf) ;
nsys.dir.fsImage .format ();
return false;
}

• 
  创建元数据内存镜像，包括类FSNamesystem实例化对象，类FSDirectory实例化对象，类FSImage对象，类Edits对象。创建FsNameSystem对象主要完成：BlockManager，FSDirectory对象以及初始化成员变量。FSImage对象主要完成对layoutVersion、namespaceID，CTime赋值为0，实例化FSEditLog。在类FSDirectory，创建了HDFS根目录节点rootDir。
  

FSNamesystem( FSImage fsImage, Configuration conf ) throws IOException {
this. blockManager = new BlockManager (this, conf) ;
setConfigurationParameters (conf );
this. dir = new FSDirectory(fsImage , this, conf );
dtSecretManager = createDelegationTokenSecretManager (conf );
}
FSImage( Collection< URI> fsDirs , Collection< URI> fsEditsDirs )
throws IOException {
this() ;
setStorageDirectories( fsDirs, fsEditsDirs );
}
void setStorageDirectories(Collection <URI > fsNameDirs,
Collection< URI> fsEditsDirs ) throws IOException {
this. storageDirs = new ArrayList <StorageDirectory >() ;
this. removedStorageDirs = new ArrayList <StorageDirectory >() ;
// Add all name dirs with appropriate NameNodeDirType
for (URI dirName : fsNameDirs ) {
checkSchemeConsistency (dirName );
boolean isAlsoEdits = false;
for (URI editsDirName : fsEditsDirs) {
if (editsDirName .compareTo (dirName ) == 0) {
isAlsoEdits = true;
fsEditsDirs .remove (editsDirName );
break;
}
}
NameNodeDirType dirType = (isAlsoEdits ) ?
NameNodeDirType .IMAGE_AND_EDITS :
NameNodeDirType .IMAGE ;
// Add to the list of storage directories, only if the
// URI is of type file://
if(dirName .getScheme (). compareTo( JournalType.FILE .name (). toLowerCase())
== 0){
this.addStorageDir (new StorageDirectory(new File(dirName. getPath()) ,
dirType ));
}
}
// Add edits dirs if they are different from name dirs
for (URI dirName : fsEditsDirs ) {
checkSchemeConsistency (dirName );
// Add to the list of storage directories, only if the
// URI is of type file://
if(dirName .getScheme (). compareTo( JournalType.FILE .name (). toLowerCase())
== 0)
this.addStorageDir (new StorageDirectory(new File(dirName. getPath()) ,
NameNodeDirType .EDITS ));
}
}

• 
  对内存镜像数据中的数据结构进行初始化：主要有FSImage的format函数完成，layoutVersion：软件所处的版本。namespaceID：在Format时候产生，当data node注册到Name Node后，会获得该NameNode的NameSpaceID，并作为后续与NameNode通讯的身份标识。对于未知身份的Data Node，NameNode拒绝通信。CTime：表示FSimage产生的时间。checkpointTime：表示NameSpace第一次checkpoint的时间。
  

public void format () throws IOException {
this. layoutVersion = FSConstants .LAYOUT_VERSION ;
this. namespaceID = newNamespaceID ();
this. cTime = 0L ;
this. checkpointTime = FSNamesystem .now ();
for (Iterator <StorageDirectory > it =
dirIterator (); it. hasNext() ;) {
StorageDirectory sd = it .next ();
format (sd );
}
}

• 对内存镜像写入元数据备份目录。FSImage的format方法会遍历所有的目录进行备份。如果是FSImage的文件目录，则调用saveFSImage保存FSImage，如果是Edits，则调用editLog.createEditLogFile,最后调用sd.write方法创建fstime和VERSION文件。VERSION文件通常最后写入。
  

void format(StorageDirectory sd ) throws IOException {
sd.clearDirectory (); // create currrent dir
sd.lock ();
try {
saveCurrent (sd );
} finally {
sd .unlock ();
}
LOG.info ("Storage directory " + sd. getRoot()
+ " has been successfully formatted.");
}





最后分析一下元数据应用的场景：

1、格式化时。

2、Hadoop启动时。

3、元数据更新操作时。

4、如果NameNode与Secondary NameNode、Backup Node或checkpoint Node配合使用时，会进行checkPoint操作。