NameNode上的fsimage和edits文件

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本文深入探讨HDFS中NameNode如何管理和维护元数据，包括FsImage和Edits文件的作用，SecondaryNameNode的工作原理，以及元数据在内存与磁盘间同步的详细流程。

思考：NameNode中的元数据是存储在哪里的？

首先，我们做个假设，如果存储在NameNode节点的磁盘中，因为经常需要进行随机访问，还有响应客户请求，必然是效率过低。因此，元数据需要存放在内存中。但如果只存在内存中，一旦断电，元数据丢失，整个集群就无法工作了。因此产生在磁盘中备份元数据的FsImage。

这样又会带来新的问题，当在内存中的元数据更新时，如果同时更新FsImage，就会导致效率过低，但如果不更新，就会发生一致性问题，一旦NameNode节点断电，就会产生数据丢失。因此，引入Edits文件(只进行追加操作，效率很高)。每当元数据有更新或者添加元数据时，修改内存中的元数据并追加到Edits中。这样，一旦NameNode节点断电，可以通过FsImage和Edits的合并，合成元数据。

但是，如果长时间添加数据到Edits中，会导致该文件数据过大，效率降低，而且一旦断电，恢复元数据需要的时间过长。因此，需要定期进行FsImage和Edits的合并，如果这个操作由NameNode节点完成，又会效率过低。因此，引入一个新的节点SecondaryNamenode，专门用于FsImage和Edits的合并。

以下是NameNode和SecondaryNameNode的工作机制流程图：

Fsimage：NameNode内存中元数据序列化后形成的文件。

Edits：记录客户端更新元数据信息的每一步操作（可通过Edits运算出元数据）。

NameNode启动时，先滚动Edits并生成一个空的edits.inprogress，然后加载Edits和Fsimage到内存中，此时NameNode内存就持有最新的元数据信息。Client开始对NameNode发送元数据的增删改的请求，这些请求的操作首先会被记录到edits.inprogress中（查询元数据的操作不会被记录在Edits中，因为查询操作不会更改元数据信息），如果此时NameNode挂掉，重启后会从Edits中读取元数据的信息。然后，NameNode会在内存中执行元数据的增删改的操作。

由于Edits中记录的操作会越来越多，Edits文件会越来越大，导致NameNode在启动加载Edits时会很慢，所以需要对Edits和Fsimage进行合并（所谓合并，就是将Edits和Fsimage加载到内存中，照着Edits中的操作一步步执行，最终形成新的Fsimage）。SecondaryNameNode的作用就是帮助NameNode进行Edits和Fsimage的合并工作。

SecondaryNameNode首先会询问NameNode是否需要CheckPoint（触发CheckPoint需要满足两个条件中的任意一个，定时时间到和Edits中数据写满了）。直接带回NameNode是否检查结果。SecondaryNameNode执行CheckPoint操作，首先会让NameNode滚动Edits并生成一个空的edits.inprogress，滚动Edits的目的是给Edits打个标记，以后所有新的操作都写入edits.inprogress，其他未合并的Edits和Fsimage会拷贝到SecondaryNameNode的本地，然后将拷贝的Edits和Fsimage加载到内存中进行合并，生成fsimage.chkpoint，然后将fsimage.chkpoint拷贝给NameNode，重命名为Fsimage后替换掉原来的Fsimage。NameNode在启动时就只需要加载之前未合并的Edits和Fsimage即可，因为合并过的Edits中的元数据信息已经被记录在Fsimage中。

NameNode被格式化之后,将在/opt/module/hadoop-2.7 .2/data/tmp/dfs/name/curent目录中产生如下文件：
fs image 0000000000000000000
fsimage_ 0000000000000000000 .md5
seen txid
VERS ION
( 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inode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,加载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。

通过查看fs image 0000000000000000000文件的内容发现元数据的数据结构是这样的

<inode>
	<id>16386</id>
	<type>DIRECTORY</type>
	<name>user</name>
	<mtime>1512722284477</mtime>
	<permission>obcy:supergroup:rwxr-xr-x</permission>
	<nsquota>-1</nsquota>
	<dsquota>-1</dsquota>
</inode>

其中并没有记录数据块所对应的DataNode节点信息，那么NameNode是如何找到具体的数据位置的那？

是因为DataNode在启动后会像NameNode自动的上报自己节点的所有块信息，这样就能找到对应的数据了。在上报完成之前hdfs集群是处于一种安全模式下的。安全模式结束后就可以正常的访问数据了。