很多人都认为,Secondary NameNode是NameNode的备份,是为了防止NameNode的单点失败的,其实并不是这样。

Secondary NameNode:它究竟有什么作用?

在Hadoop中,有一些命名不好的模块,Secondary NameNode是其中之一。从它的名字上看,它给人的感觉就像是NameNode的备份。但它实际上却不是。很多Hadoop的初学者都很疑惑,Secondary NameNode究竟是做什么的,而且它为什么会出现在HDFS中。因此,在这篇文章中,我想要解释下Secondary NameNode在HDFS中所扮演的角色。

从它的名字来看,你可能认为它跟NameNode有点关系。没错,你猜对了。因此在我们深入了解Secondary NameNode之前,我们先来看看NameNode是做什么的。

NameNode

NameNode主要是用来保存HDFS的元数据信息,比如命名空间信息,块信息等。当它运行的时候,这些信息是存在内存中的。但是这些信息也可以持久化到磁盘上。

上面的这张图片展示了NameNode怎么把元数据保存到磁盘上的。这里有两个不同的文件:

  1. fsimage - 它是在NameNode启动时对整个文件系统的快照
  2. edit logs - 它是在NameNode启动后,对文件系统的改动序列

只有在NameNode重启时,edit logs才会合并到fsimage文件中,从而得到一个文件系统的最新快照。但是在产品集群中NameNode是很少重启的,这也意味着当NameNode运行了很长时间后,edit logs文件会变得很大。在这种情况下就会出现下面一些问题:

  1. edit logs文件会变的很大,怎么去管理这个文件是一个挑战。
  2. NameNode的重启会花费很长时间,因为有很多改动[笔者注:在edit logs中]要合并到fsimage文件上。
  3. 如果NameNode挂掉了,那我们就丢失了很多改动因为此时的fsimage文件非常旧。[笔者注: 笔者认为在这个情况下丢失的改动不会很多, 因为丢失的改动应该是还在内存中但是没有写到edit logs的这部分。]

因此为了克服这个问题,我们需要一个易于管理的机制来帮助我们减小edit logs文件的大小和得到一个最新的fsimage文件,这样也会减小在NameNode上的压力。这跟Windows的恢复点是非常像的,Windows的恢复点机制允许我们对OS进行快照,这样当系统发生问题时,我们能够回滚到最新的一次恢复点上。

现在我们明白了NameNode的功能和所面临的挑战 - 保持文件系统最新的元数据。那么,这些跟Secondary NameNode又有什么关系呢?

Secondary NameNode

SecondaryNameNode就是来帮助解决上述问题的,它的职责是合并NameNode的edit logs到fsimage文件中。

上面的图片展示了Secondary NameNode是怎么工作的。

  1. 首先,它定时到NameNode去获取edit logs,并更新到fsimage上。[笔者注:Secondary NameNode自己的fsimage]
  2. 一旦它有了新的fsimage文件,它将其拷贝回NameNode中。
  3. NameNode在下次重启时会使用这个新的fsimage文件,从而减少重启的时间。

Secondary NameNode的整个目的是在HDFS中提供一个检查点。它只是NameNode的一个助手节点。这也是它在社区内被认为是检查点节点的原因。

现在,我们明白了Secondary NameNode所做的不过是在文件系统中设置一个检查点来帮助NameNode更好的工作。它不是要取代掉NameNode也不是NameNode的备份。所以从现在起,让我们养成一个习惯,称呼它为检查点节点吧。

后记

这篇文章基本上已经清楚的介绍了Secondary NameNode的工作以及为什么要这么做。最后补充一点细节,是关于NameNode是什么时候将改动写到edit logs中的?这个操作实际上是由DataNode的写操作触发的,当我们往DataNode写文件时,DataNode会跟NameNode通信,告诉NameNode什么文件的第几个block放在它那里,NameNode这个时候会将这些元数据信息写到edit logs文件中。

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Hadoop Namenode和Secondary Namenode

Secondarynamenode作用

SecondaryNameNode有两个作用,一是镜像备份,二是日志与镜像的定期合并。两个过程同时进行,称为checkpoint. 镜像备份的作用:备份fsimage(fsimage是元数据发送检查点时写入文件);日志与镜像的定期合并的作用:将Namenode中edits日志和fsimage合并,防止(如果Namenode节点故障,namenode下次启动的时候,会把fsimage加载到内存中,应用edit log,edit log往往很大,导致操作往往很耗时。)

Secondarynamenode工作原理

日志与镜像的定期合并总共分五步:

  1. SecondaryNameNode通知NameNode准备提交edits文件,此时主节点产生edits.new
  2. SecondaryNameNode通过http get方式获取NameNode的fsimage与edits文件(在SecondaryNameNode的current同级目录下可见到 temp.check-point或者previous-checkpoint目录,这些目录中存储着从namenode拷贝来的镜像文件)
  3. SecondaryNameNode开始合并获取的上述两个文件,产生一个新的fsimage文件fsimage.ckpt
  4. SecondaryNameNode用http post方式发送fsimage.ckpt至NameNode
  5. NameNode将fsimage.ckpt与edits.new文件分别重命名为fsimage与edits,然后更新fstime,整个checkpoint过程到此结束。 在新版本的hadoop中(hadoop0.21.0),SecondaryNameNode两个作用被两个节点替换, checkpoint node与backup node. SecondaryNameNode备份由三个参数控制fs.checkpoint.period控制周期,fs.checkpoint.size控制日志文件超过多少大小时合并, dfs.http.address表示http地址,这个参数在SecondaryNameNode为单独节点时需要设置。

相关配置文件

core-site.xml:这里有2个参数可配置,但一般来说我们不做修改。fs.checkpoint.period表示多长时间记录一次hdfs的镜像。默认是1小时。fs.checkpoint.size表示一次记录多大的size,默认64M。

<property><name>fs.checkpoint.period</name>

<value>3600</value>

<description>The number of seconds between two periodic checkpoints.

</description>

</property>

<property>

<name>fs.checkpoint.size</name>

<value>67108864</value>

<description>The size of the current edit log (in bytes) that triggers

a periodic checkpoint even if the fs.checkpoint.period hasn’t expired.

</description>

</property>

镜像备份的周期时间是可以修改的,如果不想一个小时备份一次,可以改的时间短点。core-site.xml中的fs.checkpoint.period值

Secondarynamenode工作原理图

这也解释了下面的问题:

(1)、为什么namenode和Secondary namenode需要同样大内存

(2)、大集群中namenode和Secondary namenode需要是各自独立的两个节点。

Checkpoint的日志信息

2011-07-19 23:59:28,435 INFO org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.FSNamesystem: Number of transactions: 0 Total time for transactions(ms): 0Number of transactions batched in Syncs: 0 Number of syncs: 0 SyncTimes(ms): 02011-07-19 23:59:28,472 INFO org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.SecondaryNameNode: Downloaded file fsimage size 548 bytes.

2011-07-19 23:59:28,473 INFO org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.SecondaryNameNode: Downloaded file edits size 631 bytes.

2011-07-19 23:59:28,486 INFO org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.FSNamesystem: fsOwner=hadadm,hadgrp

2011-07-19 23:59:28,486 INFO org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.FSNamesystem: supergroup=supergroup

2011-07-19 23:59:28,486 INFO org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.FSNamesystem: isPermissionEnabled=true

2011-07-19 23:59:28,488 INFO org.apache.hadoop.hdfs.server.common.Storage: Number of files = 6

2011-07-19 23:59:28,489 INFO org.apache.hadoop.hdfs.server.common.Storage: Number of files under construction = 0

2011-07-19 23:59:28,490 INFO org.apache.hadoop.hdfs.server.common.Storage: Edits file /home/hadadm/clusterdir/tmp/dfs/namesecondary/current/edits of size 631 edits # 6 loaded in 0 seconds.

2011-07-19 23:59:28,493 INFO org.apache.hadoop.hdfs.server.common.Storage: Image file of size 831 saved in 0 seconds.

2011-07-19 23:59:28,513 INFO org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.FSNamesystem: Number of transactions: 0 Total time for transactions(ms): 0Number of transactions batched in Syncs: 0 Number of syncs: 0 SyncTimes(ms): 0

2011-07-19 23:59:28,543 INFO org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.SecondaryNameNode: Posted URL master:50070putimage=1&port=50090&machine=10.253.74.234&token=-18:1766583108:0:1311091168000:1311087567797

2011-07-19 23:59:28,561 WARN org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.SecondaryNameNode: Checkpoint done. New Image Size: 831

Namenode/Secondarynamenode文件结构

[hadadm@slave /home/hadadm/clusterdir/tmp/dfs/namesecondary/current]$ ll

总用量 24

drwxr-xr-x  2 hadadm hadgrp 4096  7月 19 22:59 ./

drwxr-xr-x  5 hadadm hadgrp 4096  7月 19 23:59 ../

-rw-r–r–  1 hadadm hadgrp    4  7月 19 23:59 edits

-rw-r–r–  1 hadadm hadgrp  548  7月 19 22:59 fsimage

-rw-r–r–  1 hadadm hadgrp    8  7月 19 22:59 fstime

-rw-r–r–  1 hadadm hadgrp  101  7月 19 22:59 VERSION

[hadadm@slave /home/hadadm/clusterdir/tmp/dfs/namesecondary/current]

$ cat VERSION

#Tue Jul 19 22:59:27 CST 2011

namespaceID=1766583108

cTime=0

storageType=NAME_NODE

layoutVersion=-18

推这里VERSION表示的是secondarynamenode中的fsimage版本是22:59时的;加上edits应用的日志就可以到23:59

[hadadm@master /home/hadadm/clusterdir/dfs/name/current]$ ls -l

总用量 16

-rw-r–r–  1 hadadm hadgrp   4  7月 19 23:59 edits

-rw-r–r–  1 hadadm hadgrp 831  7月 19 23:59 fsimage

-rw-r–r–  1 hadadm hadgrp   8  7月 19 23:59 fstime

-rw-r–r–  1 hadadm hadgrp 101  7月 19 23:59 VERSION

[hadadm@master /home/hadadm/clusterdir/dfs/name/current]

$ cat VERSION

#Tue Jul 19 23:59:28 CST 2011

namespaceID=1766583108

cTime=0

storageType=NAME_NODE

layoutVersion=-18

这里VERSION表示的是namenode中的fsimage版本是23:59时的; edits应用没有变更

这里的fsimage相当于secondarynamenode里面的fsimage+edits

[hadadm@slave /home/hadadm/clusterdir/tmp/dfs/namesecondary]$ ls -l

总用量 12

drwxr-xr-x  2 hadadm hadgrp 4096  7月 19 23:59 current

drwxr-xr-x  2 hadadm hadgrp 4096  7月 19 22:59 image

-rw-r–r–  1 hadadm hadgrp    0  7月 19 23:59 in_use.lock

drwxr-xr-x  2 hadadm hadgrp 4096  7月 19 22:59 previous.checkpoint

[hadadm@slavea /home/hadadm/clusterdir/tmp/dfs/namesecondary]

$ ls -l previous.checkpoint/

总用量 16

-rw-r–r–  1 hadadm hadgrp   4  7月 19 23:59 edits

-rw-r–r–  1 hadadm hadgrp 548  7月 19 22:59 fsimage

-rw-r–r–  1 hadadm hadgrp   8  7月 19 22:59 fstime

-rw-r–r–  1 hadadm hadgrp 101  7月 19 22:59 VERSION

这里上一个检查点的数据是可以用来恢复数据的

Import Checkpoint(恢复数据)

如果主节点namenode挂掉了,硬盘数据需要时间恢复或者不能恢复了,现在又想立刻恢复HDFS,这个时候就可以import checkpoint。步骤如下:

  1. 准备原来机器一样的机器,包括配置和文件
  2. 创建一个空的文件夹,该文件夹就是配置文件中dfs.name.dir所指向的文件夹。
  3. 拷贝你的secondary NameNode checkpoint出来的文件,到某个文件夹,该文件夹为fs.checkpoint.dir指向的文件夹(例如:/home/hadadm/clusterdir/tmp/dfs/namesecondary)
  4. 执行命令bin/hadoop namenode –importCheckpoint
  5. 这样NameNode会读取checkpoint文件,保存到dfs.name.dir。但是如果你的dfs.name.dir包含合法的 fsimage,是会执行失败的。因为NameNode会检查fs.checkpoint.dir目录下镜像的一致性,但是不会去改动它。

一般建议给maste配置多台机器,让namesecondary与namenode不在同一台机器上值得推荐的是,你要注意备份你的dfs.name.dir和 ${hadoop.tmp.dir}/dfs/namesecondary。

后续版本中的backupnode

Checkpoint Node 和 Backup Node在后续版本中hadoop-0.21.0,还提供了另外的方法来做checkpoint:Checkpoint Node 和 Backup Node。则两种方式要比secondary NameNode好很多。所以 The Secondary NameNode has been deprecated. Instead, consider using the Checkpoint Node or Backup Node. Checkpoint Node像是secondary NameNode的改进替代版,Backup Node提供更大的便利,这里就不再介绍了。

BackupNode : 备份结点。这个结点的模式有点像 mysql 中的主从结点复制功能, NN 可以实时的将日志传送给 BN ,而 SNN 是每隔一段时间去 NN 下载 fsimage 和 edits 文件,而 BN 是实时的得到操作日志,然后将操作合并到 fsimage 里。在 NN 里提供了二个日志流接口: EditLogOutputStream 和 EditLogInputStream 。即当 NN 有日志时,不仅会写一份到本地 edits 的日志文件,同时会向 BN 的网络流中写一份,当流缓冲达到阀值时,将会写入到 BN 结点上, BN 收到后就会进行合并操作,这样来完成低延迟的日志复制功能。

总结:

当前的备份结点都是冷备份,所以还需要实现热备份,使得 NN 挂了后,从结点自动的升为主结点来提供服务。

主 NN 的效率问题: NN 的文件过多导致内存消耗问题, NN 中文件锁问题, NN 的启动时间。

因为Secondarynamenaode不是实施备份和同步,所以SNN会丢掉当前namenode的edit log数据,应该来说backupnode可以解决这个问题

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