Hbase系统架构简述

由于最近要开始深入的学习一下hbase，所以，先大概了解了hbase的基本架构，在此简单的记录一下。

Hbase的逻辑视图

Hbase的物理存储

HRegion

• Table中所有行都按照row key的字典序排列。
• Table在行的方向上分割为多个HRegion。
• HRegion按大小分割的，每个表开始只有一个HRegion，随着数据增多，HRegion不断增大，当增大到一个阀值的时候，HRegion就会等分会两个新的HRegion，之后会有越来越多的Region。
• HRegion是Hbase中分布式存储和负载均衡的最小单元，不同HRegion分布到不同HRegionServer上。

Store

• HRegion虽然是分布式存储的最小单元，但并不是存储的最小单元。
• HRegion由一个或者多个Store组成，每个Store保存一个columns family。 所以，每个column family存储在HDFS上的一个单独文件中，空值不会被保存。
• 每个HRtrore又由一个MemStore和0至多个StoreFile组成，StoreFile包含HFile。
• MemStore存储在内存中，StoreFile存储在HDFS上。

Hbase基本组件

Client

• 包含访问HBase的接口，并维护cache来加快对HBase的访问，比如HRegion的位置信息。

Master

• 为HRegionServer分配HRegion：比如在HRegion split时分配新的HRegion；在HRegionServer退出时迁移其内的HRegion到其他HRegionServer上
• 负责HRegionServer的负载均衡
• 发现失效的HRegionServer并重新分配其上的HRegion
• 管理用户对table的增删改查操作
• 管理namespace和table的元数据
• 权限控制（ACL）

HRegionServer

• HRegionServer维护HRegion，处理对这些HRegion的IO请求
• 存放和管理本地Hregion
• 读写HDFS，管理Table中的数据 HRegionserver负责切分在运行过程中变得过大的Hregion
• Client直接通过HRegionServer读写数据（从HMaster中获取元数据，找到RowKey所在的HRegion/HRegionServer后）

Zookeeper

• 通过选举，保证任何时候，集群中只有一个master，Master与RegionServers 启动时会向ZooKeeper注册
• 存贮所有Region的寻址入口
• 实时监控Region server的上线和下线信息。并实时通知给Master
• 存储HBase的schema和table元数据

Zookeeper的引入使得Master不再是单点故障

上图清晰的表达了HMaster和NameNode都支持多个热备份，使用ZooKeeper来做协调。

• ZooKeeper一般由三台机器组成一个集群，内部使用PAXOS算法支持三台Server中的一台宕机，也有使用五台机器的，此时则可以支持同时两台宕机，既少于半数的宕机。
• 然而随着机器的增加，它的性能也会下降。
• RegionServer和DataNode一般会放在相同的Server上实现数据的本地化。

协同工作

• HBase Client通过RPC方式和HMaster、HRegionServer通信。
• 一个HRegionServer可以存放1000个HRegion。
• 底层Table数据存储于HDFS中，而HRegion所处理的数据尽量和数据所在的DataNode在一起，实现数据的本地化。
• 数据本地化并不是总能实现，比如在HRegion移动(如因Split)时，需要等下一次Compact才能继续回到本地化。

Hbase的数据恢复

HLog

• 每个HRegionServer中都有一个HLog对象，HLog是一个实现Write Ahead Log的类。
• 在每次用户操作写入MemStore的同时，也会写一份数据到HLog文件中。
• HLog文件定期会滚动出新的，并删除旧的文件（已持久化到StoreFile中的数据）。

恢复过程

• 当HRegionServer意外终止后，HMaster会通过Zookeeper感知到。
• HMaster首先会处理遗留的HLog文件，将其中不同Region的Log数据进行拆分，分别放到相应region的目录下。
• 然后再将失效的region重新分配，领取到这些region的HRegionServer在Load Region的过程中，会发现有历史HLog需要处理。
• 因此会Replay HLog中的数据到MemStore中，然后flush到StoreFiles，完成数据恢复。
• 示意图：
• 

Hbase的容错

HRegionServer

• HRegionServer定时向Zookeeper汇报心跳。
• 如果一旦时间内未出现心跳，HMaster将该RegionServer上的Region重新分配到其他RegionServer上。
• 失效服务器上“预写”日志由主服务器进行分割并派送给新的HRegionServer。

HMaster

• 当现有Hmaster出现灾难无法运转，Zookeeper会重新选择一个新的Master，从而保障Master不再是单点故障。

- 无Master过程中，数据读取仍照常进行。

- 无master过程中，region切分、负载均衡等无法进行。

Zookeeper

• Zookeeper是一个可靠地服务，一般配置3或5个Zookeeper实例。
• Region定位流程：ZooKeeper--> -ROOT-(单Region)--> .META.--> 用户表

本文只是简单介绍一下hbase系统架构，后续会详细地补充。