Hadoop 数据存储之NameNode、DataNode

本文详细介绍了Hadoop集群中NameNode和DataNode的角色与功能,包括元数据管理、文件系统操作、数据存储及复制等核心职责,强调了NameNode在集群中的关键地位及其高可用性配置。

NameNode的功能:

NameNode通过执行以下任务来管理文件系统命名空间。

  • 维护与文件系统相关的元数据,如文件层次结构和每个文件的块位置;
  • 管理用户对数据文件的访问;
  • 数据块和集群中存储节点的映射关系;
  • 执行对文件系统的操作,如打开或关闭文件以及目录;
  • 为集群中的DataNode成员提供注册服务并处理来自DataNode的周期性心跳;
  • 确定哪些节点上的数据应该被复制,并删除超出的复制块;
  • 处理DataNode发送的块报告并维护数据库的存放位置。

虽然Namenode知道HDFS块的所对应的DataNode节点信息,但是它不会直接存储块对应的位置,它只是根据在启动集群时datanode发送的信息来重构,之后将信息保存在内存中,用于快速访问。

     来看看NameNode在hadoop集群中的作用,重点是metadata hdfs元数据的管理。如果单节点的namenode挂掉的话,试想hadoop集群还能启动的起来吗?

单节点的namenode宕机后,集群是不能正常启动的,更不会对外正常提供服务了。这让namenode显得尤为重要,所以namenode节点一般会有2个,一个namenode,第二个 namenode主要为活跃的namenode做 standby 的。

DataNode 的功能:

DataNode 根据NameNode发送的指令执行以下功能:

  • 通过在本地文件系统上存储数据块提供存储功能;
  • 完成客户端对DataNodes上存储的数据的读写请求;
  • 创建和删除数据块;
  • 在集群中复制数据;
  • 通过定期发送块报告和心跳来保持与NameNode的联系。心跳确认DataNode是活的和健康的,块报告显示由DataNode管理的块信息。
Hadoop集群中NameNodeDataNode之间的交互过程及通信机制是HDFSHadoop Distributed File System)运行的核心部分。以下将详细介绍它们的通信方式、交互流程以及相关的机制。 ### NameNodeDataNode的通信方式 在Hadoop系统中,DataNodeNameNode之间的通信主要通过 **RPC(Remote Procedure Call)协议** 进行[^1]。RPC是一种远程调用机制,允许一个程序调用另一个地址空间中的函数或方法,而不需要程序员显式地编写底层网络通信逻辑。这种通信方式确保了高效且可靠的元数据管理数据块操作。 此外,DataNode会定期向NameNode发送心跳信号(Heartbeat),以表明其活跃状态。默认情况下,DataNode每3秒向NameNode发送一次心跳信息[^5]。心跳不仅用于检测节点的在线状态,还用于传递NameNode下发的各种命令,例如创建、删除或复制文件块等操作[^2]。 ### NameNodeDataNode的交互流程 1. **注册与初始化** 当DataNode启动时,它会向NameNode发送注册请求,提供自身的存储容量、可用空间以及其他基本信息。NameNode根据这些信息决定如何分配文件块的存储位置。 2. **心跳机制** DataNode持续以固定间隔(默认为3秒)向NameNode发送心跳消息。心跳消息包含DataNode的状态信息,并且NameNode可以通过心跳响应向DataNode下发指令,如删除某个副本、迁移数据块等。 3. **数据块上报** DataNode还会定期(默认每小时一次)向NameNode报告其所持有的所有数据块信息。这一机制帮助NameNode维护最新的元数据信息,确保其对整个文件系统的块分布有准确的视图。 4. **上下线探测** 如果NameNode在一定时间内未收到某个DataNode的心跳信号,则认为该节点下线。默认情况下,如果超过10分钟加30秒未收到心跳,则判定该DataNode不可用。此时间间隔可通过配置参数`dfs.datanode.heartbeat-recheck`进行调整[^5]。 5. **数据块操作** 在客户端发起读写请求时,NameNode负责协调DataNode之间的数据传输。例如,在写入操作中,客户端首先向NameNode请求写入文件,NameNode选择合适的DataNode节点并返回其地址,客户端随后直接与DataNode通信进行数据写入。同样,在读取操作中,NameNode会告知客户端所需数据块所在的DataNode地址,客户端再直接从相应的DataNode读取数据。 ### 通信机制的特点 - **无持久连接**:DataNode不会始终与NameNode保持连接,而是按需建立通信。这减少了系统资源的占用,提高了可扩展性。 - **异步通信**:DataNode通过周期性的心跳块信息上报机制与NameNode同步状态,而不是实时更新。 - **命令驱动**:NameNode通过心跳响应等方式向DataNode发送命令,实现对数据块的操作控制。 ### 示例代码:模拟心跳机制(伪代码) ```python import time class DataNode: def __init__(self, name): self.name = name def send_heartbeat(self, namenode): while True: # 模拟发送心跳 print(f"{self.name} sending heartbeat to NameNode") command = namenode.receive_heartbeat(self.name) if command: print(f"Received command: {command}") time.sleep(3) # 每3秒发送一次心跳 class NameNode: def __init__(self): self.last_heartbeat = {} def receive_heartbeat(self, datanode_name): self.last_heartbeat[datanode_name] = time.time() # 模拟下发命令 return "Replicate block X" # 初始化组件 namenode = NameNode() datanode = DataNode("DataNode1") # 启动心跳线程 import threading threading.Thread(target=datanode.send_heartbeat, args=(namenode,)).start() ```
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