day07.HDFS学习大数据教程
day07.HDFS学习【大数据教程】
******HDFS基本概念篇******
1. HDFS前言
设计思想
分而治之：将大文件、大批量文件，分布式存放在大量服务器上，以便于采取分而治之的方式对海量数据进行运算分析；
在大数据系统中作用：
为各类分布式运算框架（如：mapreduce，spark，tez，……）提供数据存储服务
重点概念：文件切块，副本存放，元数据
2. HDFS的概念和特性
首先，它是一个文件系统，用于存储文件，通过统一的命名空间——目录树来定位文件
其次，它是分布式的，由很多服务器联合起来实现其功能，集群中的服务器有各自的角色；
重要特性如下：
（1）HDFS中的文件在物理上是分块存储（block），块的大小可以通过配置参数( dfs.blocksize)来规定，默认大小在hadoop2.x版本中是128M，老版本中是64M
（2）HDFS文件系统会给客户端提供一个统一的抽象目录树，客户端通过路径来访问文件，形如：hdfs://namenode:port/dir-a/dir-b/dir-c/file.data
（3）目录结构及文件分块信息(元数据)的管理由namenode节点承担
——namenode是HDFS集群主节点，负责维护整个hdfs文件系统的目录树，以及每一个路径（文件）所对应的block块信息（block的id，及所在的datanode服务器）
（4）文件的各个block的存储管理由datanode节点承担
---- datanode是HDFS集群从节点，每一个block都可以在多个datanode上存储多个副本（副本数量也可以通过参数设置dfs.replication）
（5）HDFS是设计成适应一次写入，多次读出的场景，且不支持文件的修改
(注：适合用来做数据分析，并不适合用来做网盘应用，因为，不便修改，延迟大，网络开销大，成本太高)
******HDFS基本操作篇******3. HDFS的shell(命令行客户端)操作3.1 HDFS命令行客户端使用
HDFS提供shell命令行客户端，使用方法如下：
3.2命令行客户端支持的命令参数
3.2常用命令参数介绍
******HDFS原理篇******
4. hdfs的工作机制
（工作机制的学习主要是为加深对分布式系统的理解，以及增强遇到各种问题时的分析解决能力，形成一定的集群运维能力）
注：很多不是真正理解hadoop技术体系的人会常常觉得HDFS可用于网盘类应用，但实际并非如此。要想将技术准确用在恰当的地方，必须对技术有深刻的理解
4.1概述
1. HDFS集群分为两大角色：NameNode、DataNode (Secondary Namenode)
2. NameNode负责管理整个文件系统的元数据
3. DataNode 负责管理用户的文件数据块
4. 文件会按照固定的大小（blocksize）切成若干块后分布式存储在若干台datanode上
5. 每一个文件块可以有多个副本，并存放在不同的datanode上
6. Datanode会定期向Namenode汇报自身所保存的文件block信息，而namenode则会负责保持文件的副本数量
7. HDFS的内部工作机制对客户端保持透明，客户端请求访问HDFS都是通过向namenode申请来进行
4.2 HDFS写数据流程
4.2.1概述
客户端要向HDFS写数据，首先要跟namenode通信以确认可以写文件并获得接收文件block的datanode，然后，客户端按顺序将文件逐个block传递给相应datanode，并由接收到block的datanode负责向其他datanode复制block的副本
4.2.2详细步骤图
4.2.3详细步骤解析
1、根namenode通信请求上传文件，namenode检查目标文件是否已存在，父目录是否存在
2、namenode返回是否可以上传
3、client请求第一个block该传输到哪些datanode服务器上
4、namenode返回3个datanode服务器ABC
5、client请求3台dn中的一台A上传数据（本质上是一个RPC调用，建立pipeline），A收到请求会继续调用B，然后B调用C，将真个pipeline建立完成，逐级返回客户端
6、client开始往A上传第一个block（先从磁盘读取数据放到一个本地内存缓存），以packet为单位，A收到一个packet就会传给B，B传给C；A每传一个packet会放入一个应答队列等待应答
7、当一个block传输完成之后，client再次请求namenode上传第二个block的服务器。
4.3. HDFS读数据流程4.3.1概述
客户端将要读取的文件路径发送给namenode，namenode获取文件的元信息（主要是block的存放位置信息）返回给客户端，客户端根据返回的信息找到相应datanode逐个获取文件的block并在客户端本地进行数据追加合并从而获得整个文件
4.3.2详细步骤图
4.3.3详细步骤解析
1、跟namenode通信查询元数据，找到文件块所在的datanode服务器
2、挑选一台datanode（就近原则，然后随机）服务器，请求建立socket流
3、datanode开始发送数据（从磁盘里面读取数据放入流，以packet为单位来做校验）
4、客户端以packet为单位接收，现在本地缓存，然后写入目标文件
5. NAMENODE工作机制
学习目标：理解namenode的工作机制尤其是元数据管理机制，以增强对HDFS工作原理的理解，及培养hadoop集群运营中“性能调优”、“namenode”故障问题的分析解决能力
问题场景：
1、集群启动后，可以查看文件，但是上传文件时报错，打开web页面可看到namenode正处于safemode状态，怎么处理？
2、Namenode服务器的磁盘故障导致namenode宕机，如何挽救集群及数据？
3、Namenode是否可以有多个？namenode内存要配置多大？namenode跟集群数据存储能力有关系吗？
4、文件的blocksize究竟调大好还是调小好？
……
诸如此类问题的回答，都需要基于对namenode自身的工作原理的深刻理解
5.1NAMENODE职责
NAMENODE职责：
负责客户端请求的响应
元数据的管理（查询，修改）
5.2元数据管理
namenode对数据的管理采用了三种存储形式：
内存元数据(NameSystem)
磁盘元数据镜像文件
数据操作日志文件（可通过日志运算出元数据）
5.2.1元数据存储机制
A、内存中有一份完整的元数据(内存meta data)
B、磁盘有一个“准完整”的元数据镜像（fsimage）文件(在namenode的工作目录中)
C、用于衔接内存metadata和持久化元数据镜像fsimage之间的操作日志（edits文件）
注：当客户端对hdfs中的文件进行新增或者修改操作，操作记录首先被记入edits日志文件中，当客户端操作成功后，相应的元数据会更新到内存meta.data中
5.2.2元数据手动查看
可以通过hdfs的一个工具来查看edits中的信息
bin/hdfs oev -i edits -o edits.xml
bin/hdfs oiv -i fsimage_0000000000000000087 -p XML -o fsimage.xml
5.2.3元数据的checkpoint
每隔一段时间，会由secondary namenode将namenode上积累的所有edits和一个最新的fsimage下载到本地，并加载到内存进行merge（这个过程称为checkpoint）
checkpoint的详细过程
checkpoint操作的触发条件配置参数checkpoint的附带作用
namenode和secondary namenode的工作目录存储结构完全相同，所以，当namenode故障退出需要重新恢复时，可以从secondary namenode的工作目录中将fsimage拷贝到namenode的工作目录，以恢复namenode的元数据
5.2.4元数据目录说明
在第一次部署好Hadoop集群的时候，我们需要在NameNode（NN）节点上格式化磁盘：
格式化完成之后，将会在$dfs.namenode.name.dir/current目录下如下的文件结构
其中的dfs.name.dir是在hdfs-site.xml文件中配置的，默认值如下：
dfs.namenode.name.dir属性可以配置多个目录，
如/data1/dfs/name,/data2/dfs/name,/data3/dfs/name,....。各个目录存储的文件结构和内容都完全一样，相当于备份，这样做的好处是当其中一个目录损坏了，也不会影响到Hadoop的元数据，特别是当其中一个目录是NFS（网络文件系统Network File System，NFS）之上，即使你这台机器损坏了，元数据也得到保存。
下面对$dfs.namenode.name.dir/current/目录下的文件进行解释。
1.VERSION文件是Java属性文件，内容大致如下：
其中
（1）namespaceID是文件系统的唯一标识符，在文件系统首次格式化之后生成的；
（2）storageType说明这个文件存储的是什么进程的数据结构信息（如果是DataNode，storageType=DATA_NODE）；
（3）cTime表示NameNode存储时间的创建时间，由于我的NameNode没有更新过，所以这里的记录值为，以后对NameNode升级之后，cTime将会记录更新时间戳；
（4）layoutVersion表示HDFS永久性数据结构的版本信息， 只要数据结构变更，版本号也要递减，此时的HDFS也需要升级，否则磁盘仍旧是使用旧版本的数据结构，这会导致新版本的NameNode无法使用；
（5）clusterID是系统生成或手动指定的集群ID，在-clusterid选项中可以使用它；如下说明
a.使用如下命令格式化一个Namenode：
$HADOOP_HOME/bin/hdfs namenode -format [-clusterId ]
选择一个唯一的cluster_id，并且这个cluster_id不能与环境中其他集群有冲突。如果没有提供cluster_id，则会自动生成一个唯一的ClusterID。
b.使用如下命令格式化其他Namenode：
$HADOOP_HOME/bin/hdfs namenode -format -clusterId
c.升级集群至最新版本。在升级过程中需要提供一个ClusterID，例如：
$HADOOP_PREFIX_HOME/bin/hdfs start namenode --config $HADOOP_CONF_DIR -upgrade -clusterId
如果没有提供ClusterID，则会自动生成一个ClusterID。
（6）blockpoolID：是针对每一个Namespace所对应的blockpool的ID，上面的这个BP-893790215-192.168.24.72-1383809616115就是在我的ns1的namespace下的存储块池的ID，这个ID包括了其对应的NameNode节点的ip地址。
2、$dfs.namenode.name.dir/current/seen_txid非常重要
是存放transactionId的文件，format之后是，它代表的是namenode里面的edits_*文件的尾数，namenode重启的时候，会按照seen_txid的数字，循序从头跑edits_0000001~到seen_txid的数字。所以当你的hdfs发生异常重启的时候，一定要比对seen_txid内的数字是不是你edits最后的尾数，不然会发生建置namenode时metaData的资料有缺少，导致误删Datanode上多余Block的资讯。
3、$dfs.namenode.name.dir/current目录下在format的同时也会生成fsimage和edits文件，及其对应的md5校验文件。
补充：seen_txid
文件中记录的是edits滚动的序号，每次重启namenode时，namenode就知道要将哪些edits进行加载edits
6. DATANODE的工作机制
问题场景：
1、集群容量不够，怎么扩容？
2、如果有一些datanode宕机，该怎么办？
3、datanode明明已启动，但是集群中的可用datanode列表中就是没有，怎么办？
以上这类问题的解答，有赖于对datanode工作机制的深刻理解
6.1概述
1.Datanode工作职责：
存储管理用户的文件块数据
定期向namenode汇报自身所持有的block信息（通过心跳信息上报）
（这点很重要，因为，当集群中发生某些block副本失效时，集群如何恢复block初始副本数量的问题）
2.Datanode掉线判断时限参数
datanode进程死亡或者网络故障造成datanode无法与namenode通信，namenode不会立即把该节点判定为死亡，要经过一段时间，这段时间暂称作超时时长。HDFS默认的超时时长为10分钟+30秒。如果定义超时时间为timeout，则超时时长的计算公式为：
timeout = 2 * heartbeat.recheck.interval + 10 * dfs.heartbeat.interval。
而默认的heartbeat.recheck.interval大小为5分钟，dfs.heartbeat.interval默认为3秒。
需要注意的是hdfs-site.xml配置文件中的heartbeat.recheck.interval的单位为毫秒，dfs.heartbeat.interval的单位为秒。所以，举个例子，如果heartbeat.recheck.interval设置为5000（毫秒），dfs.heartbeat.interval设置为3（秒，默认），则总的超时时间为40秒。
6.2观察验证DATANODE功能
上传一个文件，观察文件的block具体的物理存放情况：
在每一台datanode机器上的这个目录中能找到文件的切块：
/home/hadoop/app/hadoop-2.4.1/tmp/dfs/data/current/BP-193442119-192.168.2.120-1432457733977/current/finalized
******HDFS应用开发篇******
7. HDFS的java操作
hdfs在生产应用中主要是客户端的开发，其核心步骤是从hdfs提供的api中构造一个HDFS的访问客户端对象，然后通过该客户端对象操作（增删改查）HDFS上的文件
7.1搭建开发环境
1.引入依赖
注：如需手动引入jar包，hdfs的jar包----hadoop的安装目录的share下
2.window下开发的说明
建议在linux下进行hadoop应用的开发，不会存在兼容性问题。如在window上做客户端应用开发，需要设置以下环境：
A、在windows的某个目录下解压一个hadoop的安装包
B、将安装包下的lib和bin目录用对应windows版本平台编译的本地库替换
C、在window系统中配置HADOOP_HOME指向你解压的安装包
D、在windows系统的path变量中加入hadoop的bin目录
7.2获取api中的客户端对象
在java中操作hdfs，首先要获得一个客户端实例
而我们的操作目标是HDFS，所以获取到的fs对象应该是DistributedFileSystem的实例；
get方法是从何处判断具体实例化那种客户端类呢？
——从conf中的一个参数fs.defaultFS的配置值判断；
如果我们的代码中没有指定fs.defaultFS，并且工程classpath下也没有给定相应的配置，conf中的默认值就来自于hadoop的jar包中的core-default.xml，默认值为：file:///，则获取的将不是一个DistributedFileSystem的实例，而是一个本地文件系统的客户端对象
7.3 DistributedFileSystem实例对象所具备的方法
7.4 HDFS客户端操作数据代码示例：
7.4.1文件的增删改查
7.4.2通过流的方式访问hdfs
7.4.3场景编程
在mapreduce、spark等运算框架中，有一个核心思想就是将运算移往数据，或者说，就是要在并发计算中尽可能让运算本地化，这就需要获取数据所在位置的信息并进行相应范围读取
以下模拟实现：获取一个文件的所有block位置信息，然后读取指定block中的内容
8.案例1：开发shell采集脚本
8.1需求说明
点击流日志每天都10T，在业务应用服务器上，需要准实时上传至数据仓库（Hadoop HDFS）上
8.2需求分析
一般上传文件都是在凌晨24点操作，由于很多种类的业务数据都要在晚上进行传输，为了减轻服务器的压力，避开高峰期。
如果需要伪实时的上传，则采用定时上传的方式
8.3技术分析
HDFS SHELL: hadoop fs –put xxxx.tar /data还可以使用Java Api
满足上传一个文件，不能满足定时、周期性传入。
定时调度器：
Linux crontab
crontab -e
*/5 * * * * $home/bin/command.sh //五分钟执行一次
系统会自动执行脚本，每5分钟一次，执行时判断文件是否符合上传规则，符合则上传
8.4实现流程
8.4.1日志产生程序
日志产生程序将日志生成后，产生一个一个的文件，使用滚动模式创建文件名。
日志生成的逻辑由业务系统决定，比如在log4j配置文件中配置生成规则，如：当xxxx.log等于10G时，滚动生成新日志
细节：
1.如果日志文件后缀是1\2\3等数字，该文件满足需求可以上传的话。把该文件移动到准备上传的工作区间。
2.工作区间有文件之后，可以使用hadoop put命令将文件上传。阶段问题：
1.待上传文件的工作区间的文件，在上传完成之后，是否需要删除掉。
8.4.2伪代码
使用ls命令读取指定路径下的所有文件信息，
ls | while read line
//判断line这个文件名称是否符合规则
ifline=access.log.* (
将文件移动到待上传的工作区间
)
//批量上传工作区间的文件
hadoop fs –put xxx
脚本写完之后，配置linux定时任务，每5分钟运行一次。
8.5代码实现
代码第一版本，实现基本的上传功能和定时调度功能
代码第二版本：增强版V2(基本能用，还是不够健全)
8.6效果展示及操作步骤
1.日志收集文件收集数据，并将数据保存起来，效果如下：
2.上传程序通过crontab定时调度
3.程序运行时产生的临时文件
4.Hadoo hdfs上的效果
9.案例2：开发JAVA采集程序
9.1需求
从外部购买数据，数据提供方会实时将数据推送到6台FTP服务器上，我方部署6台接口采集机来对接采集数据，并上传到HDFS中
提供商在FTP上生成数据的规则是以小时为单位建立文件夹(2016-03-11-10)，每分钟生成一个文件（00.dat,01.data,02.dat,........）
提供方不提供数据备份，推送到FTP服务器的数据如果丢失，不再重新提供，且FTP服务器磁盘空间有限，最多存储最近10小时内的数据
由于每一个文件比较小，只有150M左右，因此，我方在上传到HDFS过程中，需要将15分钟时段的数据合并成一个文件上传到HDFS
为了区分数据丢失的责任，我方在下载数据时最好进行校验
9.2设计分析
问题解决
1.HDFS冗余数据块的自动删除
在日常维护hadoop集群的过程中发现这样一种情况：
某个节点由于网络故障或者DataNode进程死亡，被NameNode判定为死亡，HDFS马上自动开始数据块的容错拷贝；当该节点重新添加到集群中时，由于该节点上的数据其实并没有损坏，所以造成了HDFS上某些block的备份数超过了设定的备份数。通过观察发现，这些多余的数据块经过很长的一段时间才会被完全删除掉，那么这个时间取决于什么呢？
该时间的长短跟数据块报告的间隔时间有关。Datanode会定期将当前该结点上所有的BLOCK信息报告给Namenode，参数dfs.blockreport.intervalMsec就是控制这个报告间隔的参数。
hdfs-site.xml文件中有一个参数：
dfs.blockreport.intervalMsec
3600000
Determines block reporting interval in milliseconds.
其中3600000为默认设置，3600000毫秒，即1个小时，也就是说，块报告的时间间隔为1个小时，所以经过了很长时间这些多余的块才被删除掉。通过实际测试发现，当把该参数调整的稍小一点的时候（60秒），多余的数据块确实很快就被删除了。
2.hadoop datanode节点超时时间设置
datanode进程死亡或者网络故障造成datanode无法与namenode通信，namenode不会立即把该节点判定为死亡，要经过一段时间，这段时间暂称作超时时长。HDFS默认的超时时长为10分钟+30秒。如果定义超时时间为timeout，则超时时长的计算公式为：
timeout = 2 * heartbeat.recheck.interval + 10 * dfs.heartbeat.interval。
而默认的heartbeat.recheck.interval 大小为5分钟，dfs.heartbeat.interval默认为3秒。
需要注意的是hdfs-site.xml 配置文件中的heartbeat.recheck.interval的单位为毫秒，dfs.heartbeat.interval的单位为秒。所以，举个例子，如果heartbeat.recheck.interval设置为5000（毫秒），dfs.heartbeat.interval设置为3（秒，默认），则总的超时时间为40秒。
hdfs-site.xml中的参数设置格式：
heartbeat.recheck.interval
2000
dfs.heartbeat.interval
1
3.hadoop的日志目录（/home/hadoop/app/hadoop-2.6.4/logs）
hadoop启动不正常
用浏览器访问namenode的50070端口，不正常，需要诊断问题出在哪里：
a.在服务器的终端命令行使用jps查看相关进程
（namenode1个节点 datanode3个节点 secondary namenode1个节点）
b.如果已经知道了启动失败的服务进程，进入到相关进程的日志目录下，查看日志，分析异常的原因
1).配置文件出错，saxparser exception； ——找到错误提示中所指出的配置文件检查修改即可
2).unknown host——主机名不认识，配置/etc/hosts文件即可，或者是配置文件中所用主机名跟实际不一致
（注：在配置文件中，统一使用主机名，而不要用ip地址）
3).directory 访问异常—— 检查namenode的工作目录，看权限是否正常
start-dfs.sh启动后，发现有datanode启动不正常
a）查看datanode的日志，看是否有异常，如果没有异常，手动将datanode启动起来
sbin/hadoop-daemon.sh start datanode
b）很有可能是slaves文件中就没有列出需要启动的datanode
c）排除上述两种情况后，基本上，能在日志中看到异常信息：
1).配置文件
2).ssh免密登陆没有配置好
3).datanode的身份标识跟namenode的集群身份标识不一致（删掉datanode的工作目录）
4.namenode安全模式问题
当namenode发现集群中的block丢失数量达到一个阀值时，namenode就进入安全模式状态，不再接受客户端的数据更新请求
在正常情况下，namenode也有可能进入安全模式：
集群启动时（namenode启动时）必定会进入安全模式，然后过一段时间会自动退出安全模式（原因是datanode汇报的过程有一段持续时间）
也确实有异常情况下导致的安全模式
原因：block确实有缺失
措施：可以手动让namenode退出安全模式，bin/hdfs dfsadmin -safemode leave
或者：调整safemode门限值： dfs.safemode.threshold.pct=0.999f
5.ntp时间服务同步问题
第一种方式：
同步到网络时间服务器
# ntpdate time.windows.com
将硬件时间设置为当前系统时间。
#hwclock –w
加入crontab：
30 8 * * * root /usr/sbin/ntpdate 192.168.0.1; /sbin/hwclock -w
每天的8:30将进行一次时间同步。
重启crond服务：
service crond restart
第二种方式
同步到局域网内部的一台时间同步服务器
一.搭建时间同步服务器
1.编译安装ntp server
rpm -qa | grep ntp
若没有找到，则说明没有安装ntp包，从光盘上找到ntp包，使用rpm -Uvh ntp***.rpm进行安装
2.修改ntp.conf配置文件
vi /etc/ntp.conf
①第一种配置：允许任何IP的客户机都可以进行时间同步
将“restrict default nomodify notrap noquery”
这行修改成：
restrict default nomodify notrap
配置文件示例：/etc/ntp.conf
②第二种配置：只允许192.168.211.***网段的客户机进行时间同步
在restrict default nomodify notrap noquery（表示默认拒绝所有IP的时间同步）之后增加一行：
restrict 192.168.211.0 mask 255.255.255.0 nomodify notrap
3.启动ntp服务
service ntpd start
开机启动服务
chkconfig ntpd on
4.ntpd启动后，客户机要等几分钟再与其进行时间同步，否则会提示“no server suitable for synchronization found”错误。
二.配置时间同步客户机
手工执行 ntpdate 来同步或者利用crontab来执行
crontab -e 0 21 * * * ntpdate 192.168.211.22 >> /root/ntpdate.log 2>&1
每天晚上9点进行同步
附：
当用ntpdate -d 来查询时会发现导致 no server suitable for synchronization found 的错误的信息有以下2个：
错误1.Server dropped: Strata too high
在ntp客户端运行ntpdate serverIP，出现no server suitable for synchronization found的错误。
在ntp客户端用ntpdate –d serverIP查看，发现有“Server dropped: strata too high”的错误，并且显示“stratum 16”。
而正常情况下stratum这个值得范围是“0~15”。
这是因为NTP server还没有和其自身或者它的server同步上。
以下的定义是让NTP Server和其自身保持同步，如果在/ntp.conf中定义的server都不可用时，将使用local时间作为ntp服务提供给ntp客户端。
server 127.127.1.0
fudge 127.127.1.0 stratum 8
在ntp server上重新启动ntp服务后，ntp server自身或者与其server的同步的需要一个时间段，这个过程可能是5分钟，在这个时间之内在客户端运行ntpdate命令时会产生no server suitable for synchronization found的错误。
那么如何知道何时ntp server完成了和自身同步的过程呢？
在ntp server上使用命令：
# watch ntpq -p
出现画面：
Every 2.0s: ntpq -p Thu Jul 10 02:28:32 2008
remote refid st t when poll reach delay offset jitter
==============================================================================
192.168.30.22 LOCAL(0) 8 u 22 64 1 2.113 179133. 0.001
LOCAL(0) LOCAL(0) 10 l 21 64 1 0.000 0.000 0.001
注意:LOCAL的这个就是与自身同步的ntp server。
注意:reach这个值，在启动ntp server服务后，这个值就从0开始不断增加，当增加到17的时候，从0到17是5次的变更，每一次是poll的值的秒数，是64秒*5=320秒的时间。
如果之后从ntp客户端同步ntp server还失败的话，用ntpdate –d来查询详细错误信息，再做判断。
6.Hadoop机器感知
1).背景
Hadoop在设计时考虑到数据的安全与高效，数据文件默认在HDFS上存放三份，存储策略为本地一份，同机架内其它某一节点上一份，不同机架的某一节点上一份。这样如果本地数据损坏，节点可以从同一机架内的相邻节点拿到数据，速度肯定比从跨机架节点上拿数据要快；同时，如果整个机架的网络出现异常，也能保证在其它机架的节点上找到数据。为了降低整体的带宽消耗和读取延时，HDFS会尽量让读取程序读取离它最近的副本。如果在读取程序的同一个机架上有一个副本，那么就读取该副本。如果一个HDFS集群跨越多个数据中心，那么客户端也将首先读本地数据中心的副本。那么Hadoop是如何确定任意两个节点是位于同一机架，还是跨机架的呢？答案就是机架感知。
默认情况下，hadoop的机架感知是没有被启用的。所以，在通常情况下，hadoop集群的HDFS在选机器的时候，是随机选择的，也就是说，很有可能在写数据时，hadoop将第一块数据block1写到了rack1上，然后随机的选择下将block2写入到了rack2下，此时两个rack之间产生了数据传输的流量，再接下来，在随机的情况下，又将block3重新又写回了rack1，此时，两个rack之间又产生了一次数据流量。在job处理的数据量非常的大，或者往hadoop推送的数据量非常大的时候，这种情况会造成rack之间的网络流量成倍的上升，成为性能的瓶颈，进而影响作业的性能以至于整个集群的服务
2).配置
默认情况下，namenode启动时候日志是这样的：
2013-09-22 17:27:26,423 INFO org.apache.hadoop.net.NetworkTopology: Adding a new node: /default-rack/ 192.168.147.92:50010
每个IP 对应的机架ID都是 /default-rack ，说明hadoop的机架感知没有被启用。
要将hadoop机架感知的功能启用，配置非常简单，在 NameNode所在节点的/home/bigdata/apps/hadoop/etc/hadoop的core-site.xml配置文件中配置一个选项:
topology.script.file.name
/home/bigdata/apps/hadoop/etc/hadoop/topology.sh
这个配置选项的value指定为一个可执行程序，通常为一个脚本，该脚本接受一个参数，输出一个值。接受的参数通常为某台datanode机器的ip地址，而输出的值通常为该ip地址对应的datanode所在的rack，例如”/rack1”。Namenode启动时，会判断该配置选项是否为空，如果非空，则表示已经启用机架感知的配置，此时namenode会根据配置寻找该脚本，并在接收到每一个datanode的heartbeat时，将该datanode的ip地址作为参数传给该脚本运行，并将得到的输出作为该datanode所属的机架ID，保存到内存的一个map中.
至于脚本的编写，就需要将真实的网络拓朴和机架信息了解清楚后，通过该脚本能够将机器的ip地址和机器名正确的映射到相应的机架上去。一个简单的实现如下：
#!/bin/bash
HADOOP_CONF=/home/bigdata/apps/hadoop/etc/hadoop
while [ $# -gt 0 ] ; do
nodeArg=$1
exec
result=""
while read line ; do
ar=( $line )
if [ "$" = "$nodeArg" ]||[ "$" = "$nodeArg" ]; then
result="$"
fi
done
shift
if [ -z "$result" ] ; then
echo -n "/default-rack"
else
echo -n "$result"
fi
done
topology.data,格式为：节点（ip或主机名） /交换机xx/机架xx
192.168.147.91 tbe192168147091 /dc1/rack1
192.168.147.92 tbe192168147092 /dc1/rack1
192.168.147.93 tbe192168147093 /dc1/rack2
192.168.147.94 tbe192168147094 /dc1/rack3
192.168.147.95 tbe192168147095 /dc1/rack3
192.168.147.96 tbe192168147096 /dc1/rack3
需要注意的是，在Namenode上，该文件中的节点必须使用IP，使用主机名无效，而Jobtracker上，该文件中的节点必须使用主机名，使用IP无效,所以，最好ip和主机名都配上。
这样配置后，namenode启动时候日志是这样的：
2013-09-23 17:16:27,272 INFO org.apache.hadoop.net.NetworkTopology: Adding a new node: /dc1/rack3/ 192.168.147.94:50010
说明hadoop的机架感知已经被启用了。
查看HADOOP机架信息命令:
./hadoop dfsadmin -printTopology
Rack: /dc1/rack1
192.168.147.91:50010 (tbe192168147091)
192.168.147.92:50010 (tbe192168147092)
Rack: /dc1/rack2
192.168.147.93:50010 (tbe192168147093)
Rack: /dc1/rack3
192.168.147.94:50010 (tbe192168147094)
192.168.147.95:50010 (tbe192168147095)
192.168.147.96:50010 (tbe192168147096)
3).增加数据节点，不重启NameNode
假设Hadoop集群在192.168.147.68上部署了NameNode和DataNode,启用了机架感知，执行bin/hadoop dfsadmin -printTopology看到的结果：
Rack: /dc1/rack1
192.168.147.68:50010 (dbj68)
现在想增加一个物理位置在rack2的数据节点192.168.147.69到集群中，不重启NameNode。
首先，修改NameNode节点的topology.data的配置，加入:192.168.147.69 dbj69 /dc1/rack2,保存。
192.168.147.68 dbj68 /dc1/rack1
192.168.147.69 dbj69 /dc1/rack2
然后，sbin/hadoop-daemons.sh start datanode启动数据节点dbj69,任意节点执行bin/hadoop dfsadmin -printTopology 看到的结果：
Rack: /dc1/rack1
192.168.147.68:50010 (dbj68)
Rack: /dc1/rack2
192.168.147.69:50010 (dbj69)
说明hadoop已经感知到了新加入的节点dbj69。
注意：如果不将dbj69的配置加入到topology.data中，执行sbin/hadoop-daemons.sh start datanode启动数据节点dbj69，datanode日志中会有异常发生，导致dbj69启动不成功。
2013-11-21 10:51:33,502 FATAL org.apache.hadoop.hdfs.server.datanode.DataNode: Initialization failed for block pool Block pool BP-1732631201-192.168.147.68-1385000665316 (storage id DS-878525145-192.168.147.69-50010-1385002292231) service to dbj68/192.168.147.68:9000
org.apache.hadoop.ipc.RemoteException(org.apache.hadoop.net.NetworkTopology$InvalidTopologyException): Invalid network topology. You cannot have a rack and a non-rack node at the same level of the network topology.
at org.apache.hadoop.net.NetworkTopology.add(NetworkTopology.java:382)
at org.apache.hadoop.hdfs.server.blockmanagement.DatanodeManager.registerDatanode(DatanodeManager.java:746)
at org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.FSNamesystem.registerDatanode(FSNamesystem.java:3498)
at org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.NameNodeRpcServer.registerDatanode(NameNodeRpcServer.java:876)
at org.apache.hadoop.hdfs.protocolPB.DatanodeProtocolServerSideTranslatorPB.registerDatanode(DatanodeProtocolServerSideTranslatorPB.java:91)
at org.apache.hadoop.hdfs.protocol.proto.DatanodeProtocolProtos$DatanodeProtocolService$2.callBlockingMethod(DatanodeProtocolProtos.java:20018)
at org.apache.hadoop.ipc.ProtobufRpcEngine$Server$ProtoBufRpcInvoker.call(ProtobufRpcEngine.java:453)
at org.apache.hadoop.ipc.RPC$Server.call(RPC.java:1002)
at org.apache.hadoop.ipc.Server$Handler$1.run(Server.java:1701)
at org.apache.hadoop.ipc.Server$Handler$1.run(Server.java:1697)
at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)
at javax.security.auth.Subject.doAs(Subject.java:415)
at org.apache.hadoop.security.UserGroupInformation.doAs(UserGroupInformation.java:1408)
at org.apache.hadoop.ipc.Server$Handler.run(Server.java:1695)
at org.apache.hadoop.ipc.Client.call(Client.java:1231)
at org.apache.hadoop.ipc.ProtobufRpcEngine$Invoker.invoke(ProtobufRpcEngine.java:202)
at $Proxy10.registerDatanode(Unknown Source)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:57)
at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:601)
at org.apache.hadoop.io.retry.RetryInvocationHandler.invokeMethod(RetryInvocationHandler.java:164)
at org.apache.hadoop.io.retry.RetryInvocationHandler.invoke(RetryInvocationHandler.java:83)
at $Proxy10.registerDatanode(Unknown Source)
at org.apache.hadoop.hdfs.protocolPB.DatanodeProtocolClientSideTranslatorPB.registerDatanode(DatanodeProtocolClientSideTranslatorPB.java:149)
at org.apache.hadoop.hdfs.server.datanode.BPServiceActor.register(BPServiceActor.java:619)
at org.apache.hadoop.hdfs.server.datanode.BPServiceActor.connectToNNAndHandshake(BPServiceActor.java:221)
at org.apache.hadoop.hdfs.server.datanode.BPServiceActor.run(BPServiceActor.java:660)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:722)
4).节点间距离计算
有了机架感知，NameNode就可以画出下图所示的datanode网络拓扑图。D1,R1都是交换机，最底层是datanode。则H1的rackid=/D1/R1/H1，H1的parent是R1，R1的是D1。这些rackid信息可以通过topology.script.file.name配置。有了这些rackid信息就可以计算出任意两台datanode之间的距离，得到最优的存放策略，优化整个集群的网络带宽均衡以及数据最优分配。
distance(/D1/R1/H1,/D1/R1/H1)=0 相同的datanode
distance(/D1/R1/H1,/D1/R1/H2)=2 同一rack下的不同datanode
distance(/D1/R1/H1,/D1/R2/H4)=4 同一IDC下的不同datanode
distance(/D1/R1/H1,/D2/R3/H7)=6 不同IDC下的datanode
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- 原文链接：http://kuaibao.qq.com/s/20180512G0DNX600?refer=cp_1026
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