分布式文件系统HDFS-部署和配置

1 部署HDFS

HDFS的基本操作可以分为集群管理和文件系统操作两种类型：

• 集群管理：包括Namenodede 的格式化、集群的启动和停止、集群信息查看等。
• 文件系统：包括对目录、文件和权限等内容的操作。

HDFS中的命令主要在sbin和bin目录下[一般要进行环境变量的设置]：

• sbin:集群控制脚本(.sh)。
• bin:hadoop的文件系统命令和其他管理维护工具。

1.1 hadoop安装和维护的方式

主要有2种方式：

• 一是从开源软件的官网网站直接下载软件包。
• 二是利用集成化软件对Hadoop集群进行部署和维护。[集成化工具：amabri、cloudera manager、华为的FusionInsight]

第一种方式缺点：

• 配置优化难度
• 组件整合难度

1.2 部署HDFS的核心步骤和部署原则

1.2.1 集群规划

• hadoop系统的规模
• 组件和角色规划
  • A.确定需要安装哪些组件：比如要实现Namenode的高可用性，就需要额外安装ZK组件。
  • B.确定组件中的不同角色分别安装在哪些节点上：比如需要几个Datanode，分别安装在哪些服务器上，Namenode是安装在独立服务器上，还是和某个Datanode共享一台服务器。
  • C.根据角色规划确定所需的服务器性能需求：比如namenode所在服务器可以适当加大内存，以适应fsimage的可能大小，并且安装多块硬盘，将元数据信息保存在多个硬盘路径上，防止单个硬盘发生故障。
  • D.节点扩增：计算和存储能力不够时，很多时候就通过节点数量解决。

• 配置规划：Datanode和Namenode一般都可以配置多个存储路径。
  • A.Datanode实现多硬盘均匀存储。
  • B.Namenode可以实现多副本备份。

1.2.2 linux环境准备

HDFS作为hadoop的核心组件，随Hadoop一起整体部署。

安装hadoop前的环境准备：

1. 配置java环境变量：export JAVA_HOME=/opt/java/jdk
2. hadoop部署在多台服务器上，主从节点之间、各节点之间可以通过TCP/IP协议相互访问[通过设置DNS或hosts文件，使得主机名和IP地址绑定，实现通过主机名就能访问对方]
3. 确保hadoop所需端口打开：hadoop以及各类配套模板需要使用大量网络端口，但是自带的防火墙软件，设置不当造成功能无法正确运行。
4. SSH接口免密登录
5. Hadoop以及分布式NoSQL数据库要求各个节点之间的时间同步：最常见的集群时间同步方案是部署NTP服务。

//确保hadoop所需端口打开，通过命令禁用并停止防火墙服务
systemctl mask filewalld
systemctl stop  fillwalld

1.2.3 Hadoop的软件包部署

• sbin目录：存放HDFS和Yarn组件的集群控制命令。
• bin目录：存放HDFS的文件系统命令行工具以及Yarn等组件的命令行工具。
• etc/hadoop目录：存放hadoop的配置文件。
• share目录：存放hadoop的各类库包(Jar)。

PS:分布式的时候，hadoop软件包需要解压缩，并复制到所有节点上，并且在每个节点上的存储位置都是相同的，并给予足够的用户访问权限。其次，进行系统配置。

2 HDFS的基本配置

HDFS的配置文件：大多数默认是XML和TXT格式存在。配置文件默认存放在/etc/hadoop目录下。

HDFS中6个重要的配置文件：

1. core-site.xml:Hadoop全局的配置文件，也包含一些HDFS的宏观配置。
2. dfs-site.xml:HDFS配置文件。
3. yarn-site.xml:YARN配置文件。
4. mapred-sie.xml:MapReduce配置文件。
5. slaves:从节点列表。
6. hadoop-env.sh:与运行脚本的环境变量相关的配置文件。

2.1 core-site.xml

//core-site.xml文件
<configuration>       
   <property><!--指定namenode的地址-->
               <name>fs.defaultFS</name>
               <value>hdfs://node1:8020</value>
               <description>node1节点为该集群的Namenode,对应节点的端口是8020</description>
   </property>   
   <property><!--用来指定使用hadoop时产生文件的存放目录-->
            <name>hadoop.tmp.dir</name>
            <value>file:/data/hadoop/hadoop-2.6.0/tmp</value> 
   </property> 
</configuration>

 2.2 dfs-site.xml

dfs-site.xml:HDFS的重要配置文件，其Namenode节点和Datanode节点相关的配置项不同。

Namenode主要有3个配置项:dfs.namenode.name.dir、dfs.blocksize、dfs.replication。

Datanode主要有1个配置项：dfs.datanode.data.dir。

//Namenode主要有3个配置项dfs.namenode.name.dir、dfs.blocksize、dfs.replication。
//Datanode主要有1个配置项
dfs.datanode.data.dir   
<configuration> 
    <property> 
        <name>dfs.namenode.name.dir</name>                 
        <value>/opt/dfs/name</value> 
         <description>namenode的目录位置，对应的目录需要存在value里面的路径</description> 
    </property>

    <property> 
        <name>dfs.datanode.data.dir</name>         
        <value>/opt/dfs/data</value>
        <description>datanode的目录位置，对应的目录需要存在value里面的路径，可以是一个或多个用逗号分隔的本地路径</description>         
    </property> 

    <property> 
          <name>dfs.replication</name> 
        <value>2</value> <description>hdfs系统的副本数量    
         </description> 
    </property> 

    <property> 
        <name>dfs.namenode.secondary.http-address</name>     
        <value>master:9001</value> 
        <description>备份namenode的http地址，master是主机名</description> 
    </property> 
</configuration>
                 

2.3 slaves

slaves:在Namenode节点还需要建立一个名为slaves的文本文件，里面记录Datanode的子节点机名，用换行分割。

2.4 hadoop-env.sh

JAVA_HOME进行环境变量配置：export JAVA_HOME=/opt/java/jdk

2.5 配置机架感知策略

需要实现机架感知的配置内容，在core-site.xml中实现两个配置项。

net.topology.node.switch.mapping.imp:org.apache.hadoop.net.TableMapping,表示采用映射文件的方式实现机架映射。

net.topology.table.file.name:内容为映射文件的路径和名称。

3 集群的启动和停止

软件包sbin目录下的start-dfs.sh和stop-dfs.sh为HDFS的集群启动和停止命令。

单独启动或停止一个HDFS进程，或者对单独的角色进行控制命令：hadoop-daemon.sh start | stop namenode |datanode|secondarynamenode

其次可以通过查看http://namenode:50070/查看系统的状态，比如该系统的启动时间、版本、集群ID等信息。

4 使用和管理HDFS

作为文件系统，HDFS的使用主要指对文件的上传、下载和移动，以及查看内容、建立或删除目录等。

查看HDFS状态，主要指查看节点的健康状态，查看存储容量，查看分块信息等。

控制HDFS，主要指对系统进行初始化，增加或删除子节点，以及提高HDFS的可用性等。

4.1 管理和操作命令

hdfs的命令行操作用命令hdfs实现，即命令行敲入：hdfs.hdfs命令文件放在Hadoop目录下的bin子目录中，包含了HDFS绝大多数的用户命令，不带任何参数地执行hdfs，可以看到所有可用的指令。

1. dfs:HDFS的文件系统操作指令。
2. dfsadmin:HDFS的集群管理命令，比如：查看机架感知状态，可以执行hdfs dfsadmin-printTopology。
3. fsck:HDFS的集群检查工具。
4. namenode-format:主节点格式化指令。
5. balaner:数据平衡指令。

4.2 格式化Namenode

hdfs namenode -format

4.3 Namenode的安全模式

当namenode启动时，需要将fsimage等信息读入内存，并且等待各个Datanode上报存储状态，在这个过程完成之前，叫安全模式。（safenode）

此时namenode为只读状态，只能读取不能写入，当足够数量的节点以及数据块处在健康状态时，系统会自动退出安全模式。

手动对安全模式进行管理：hdfs dfsadmin -safemode [enter | leave |get |wait]

4.4 元数据恢复

由于secondary namenode在进行元数据合并时，保存了元数据的副本信息，当Namenode发生损坏时，可以利用secondary namenode中的数据进行恢复。

1. 利用stop-dfs.sh命令停止整个集群
2. 清空namenode原有的元数据信息，路径可以从配置项dfs.namenode.name.dir中获得。
3. 如果secondary namenode和namenode没有部署在同一个节点上，需要将secondary namenode存储的副本信息复制到namenode,其路径和secondary namenode中的元数据副本的路径一致，可以从配置项dfs.namenode.checkpoint.dir中获得。
4. 执行hadoop namenode-importCheckpoint,系统将检查副本数据，并将其复制到dfs.namenode.name.dir所指示的路径当中。

4.5 子节点添加与删除

大数据业务要求数据被不断采集、不断积累，需要分布式存储和NoSQL数据库等实现方便的横向扩展（scale out）。HDFS可以很方便的进行Datanode节点添加和删除。

1.静态添加/删除Datanode的方法

• 利用stop-dfs.sh命令停止整个集群
• 在namenode节点上的slaves配置文件中添加新的节点，或删掉旧的节点。添加新节点时，要确保新节点和其他节点之间主机名和IP地址可以相互访问，可以实现SSH无密码访问等。
• 利用start-dfs.sh重新启动集群，在新节点配置正确的情况下，会随命令启动Datanode角色，并和Namenode连接。
• 可以执行hdfs balancer命令，在节点之间进行手动的数据平衡。删除节点之后，namenode会自动检查副本数量，并选择新的节点存储不足的副本。

2.动态添加Datanode的方法

• HDFS集群保持运行状态
• 在namenode节点上的slaves配置文件中添加新的节点。
• 在新节点执行hadoop-daemon.sh start datanode ,启动Datanode角色
• 在主节点执行hdfs dfsadmin -refreshNodes,刷新节点列表，Namenode会根据新列表和子节点建立联系。

3.动态删除Datanode的方法 

• HDFS集群保持运行状态
• 提前在hdfs-site.xml中配置dfs.hosts.exclude属性，内容为一个本地文本文件的路径，该文件可以称为exclude文件，其结构和slave文件的相同，即为每行一个节点主机名的列表。  记录在exclude文件中的主机，会在刷新之后被记作禁用状态，并在界面上看到这个状态。
• 在主节点执行hdfs dfsadmin -refreshNodes,刷新节点列表。
• 在节点写入exclude文件，并执行hdfs dfsadmin -refreshNodes，刷新节点列表。

添加/删除Datanode完成之后，可以通过两种手段查看结果。

• 在命令行执行hdfs dfsadmin -report 查看节点列表信息。
• 通过web界面，切换到Datanodes标签，可以查看子节点的列表，in operation表示正在使用的节点，decommissinoning，表示目前禁用的节点。

4.6 HDFS文件系统操作

可以通过执行hdfs dfs指令来进行各类操作，包括建立、删除目录、HDFS上的文件复制、移动和改名、本地文件系统和HDFS系统之间的文件相互复制等、文件的权限操作等。

• hdfs dfs -ls /  ----查看文件目录状态
• hdfs dfs -lsr / ----递归查看hdfs的根目录下的内容的
• hdfs dfs -mkdir /d1 ----在hdfs上创建文件夹d1
• hdfs dfs -put <linux source > <hdfs destination> ----把数据从linux[本地文件]上传到hdfs的特定路径中[HDFS文件或路径]
• hdfs dfs -get <hdfs source> <linux destination>----把数据从hdfs下载到linux的特定路径下
• hdfs dfs -mv/-cp <hdfs source > <hdfs destination>---在HDFS系统中进行文件移动或复制，参数为HDFS的源地址和目的地址。
• hdfs dfs -text <hdfs文件> ---将序列号文件转换成文本显示出来。
• hdfs dfs -rm <hdfs文件> ----删除文件或空目录
• hdfs dfs -rmr <hdfs文件> ----递归删除文件或空目录

//查看文件目录状态，-ls之后必须指明需要查看的目录
hdfs dfs -ls /hdfsdir/file1
hdfs dfs -ls hdfs://node1:8020/hdfsdir/file1
//建立新目录
hdfs dfs -mkdir /hdfsdir/dir1
//从本地文件系统向HDFS复制文件。-put、-copyFromLocal。
hdfs dfs -put localfile/hdfsdir/file1
hdfs dfs -put -f localfile1 localfile2/hadoopdir
//从HDFS向本地复制文件。-get、-copyToLocal。
hdfs dfs -get /hdfsdir/hdfsfile localfile

4.7 以web方式查看文件系统

访问http://namenode:50070/explorer.html,选择"browse the file system"选项，可以对HDFS的目录结构进行查看。