hadoop源码分析系列（六）——org.apache.hadoop.hdfs包之nameNode篇

摘要: 概述：nameNode主要负责管理hdfs中的namespace和inode信息，namenode维护了一个两个关键的列表1、文件与块的映射（namespace）2、块于节点的映射（inodes）namespace的信息存储在磁盘文件中，inode的信息每次 ...

概述：
nameNode主要负责管理hdfs中的namespace和inode信息，namenode维护了一个两个关键的列表
1、文件与块的映射（namespace）
2、块于节点的映射（inodes）
namespace的信息存储在磁盘文件中，inode的信息每次启动namenode的时候就会重建
NameNode中的FSNamesystem负责对文件系统的管理，当然还需要启动http server暴漏ipc通信接口，用来和外部通信。
NameNode允许客户机通过ClientProtocol类获得namenode中dfs的信息，允许datanode通过DatanodeProtocol来与之交互，还允许secondary namenodes通过NamenodeProtocol协议与之交互
还包含了一些度量NN的参数指标，保存在myMetrics中
NN提供了两个server，一个是rpc server另一个是http server

下面具体介绍下关键的方法：

initialize(Configuration conf)：初始化方法，初始化权限信息，创建rpc服务器，初始化度量信息和文件系统，启动http服务器，启动回收站线程。
startHttpServer(Configuration conf) ：通过以下参数初始化http服务器：dfs.info.bindAddress、dfs.info.port、dfs.http.address、dfs.https.enable、dfs.https.need.client.auth、dfs.https.address、dfs.https.server.keystore.resource、dfs.datanode.https.address、datanode.https.port、name.node.address、name.system.image、
getBlocks(DatanodeInfo datanode, long size)：获得NN中存储的块信息
abandonBlock：丢弃块
addBlock：增加块
blockReceived：接收块
commitBlockSynchronization：块同步
metaSave：保存元数据
register：注册dataNode
sendHeartbeat：发送心跳




关键类：
回收站类Trash：这个类的原理和win的回收站一样，很容易理解，主要包含3个目录.trash、user和Current，2个时间，一个是过期时间，一个是线程检查点的时间，当然还包括了fs和permission的信息，基本工作原理就是把要删除的文件先放到trash的current目录下，等到时间过了就永久删除了。

FSNamesystem类：主要维护5个表：1、文件与块的映射表 2、有效的块的集合表 3、块到节点的对应关系表  4、节点到块的对应关系表 5、基于LRU算法的节点心跳表
还有其他的小表，如满足冗余策略的块到节点的映射表、最近失效的块的集合、额外的块的信息、需要冗余的块的集合、正在冗余的块的集合。
FSNamesystem还记录了块的冗余过程中的3个状态，提供了检测心跳的线程，冗余过程中的监视器线程、安全模式的监视器线程。

下面介绍几个inode相关的类，这几个类的分析有助于了解hdfs的目录结构，其实在经典的操作系统理论中就有inode的概念，只是那里面记录的是文件在磁盘的位置信息，在hdfs中这个inode其实就是记录了数据块在hdfs中的位置信息：

先分析下核心抽象类inode：实现了Comparable接口，这个很容易理解，为了比较两个inode的信息是否相同，和INodeDirectory类是包含，且多对一的关系，这样可以形成树状结构，准确的说INodeDirectory和INodeFile形成了树状结构，只不过inode抽象类提取了这两个类之前的共同部分，抽象成一个独立的抽象类。
这个抽象类维护了inode的权限信息，访问时间，修改时间，使用的ns的个数和使用的ds的个数，还有个INodeDirectory，用来记录上一级的inode。

INodeFile类记录了文件中包含的所有块的信息，冗余数和期望的块大小当然还包括权限信息

INodeFileUnderConstruction类继承了INodeFile，保存了正在构造的文件的一些信息，包括主要的创建节点、发起请求的client的信息，配合构造的辅助节点的信息。

INodeDirectoryWithQuota类继承了INodeDirectory类，主要增加了对目录几点ns数、ns配额、ds配额和ds数
这里所说的ns是指namespace、ds是指diskspace



FSDirectory类维护了文件系统的目录树的信息，主要包括FSNamesystem信息和INodeDirectoryWithQuota信息，这里的目录指的是根目录，还有FSImage的信息，这个类后面会进行介绍，然后是是否可读和度量的信息，提供了对块的目录的操作，可以认为这个类和FSNamesystem共同构成了namenode的核心。

DatanodeDescriptor类除了可以保存dataNode上的信息，但是和之前的dataNodeInfo不同，这个类只负责在nameNode内传递dataNode的信息，并不会把这些信息持久化，这个类的增强功能在于内部的三个内部类，BlockIterator类储存了datanode中包括的块信息，BlockTargetPair类保存块和dataNode的信息，BlockQueue队列存储了多个BlockTargetPair信息。

lease类体系：


LeaseManager类用来管理文件的租约，所谓文件的租约可以理解为文件并发读写的锁机制，这是hdfs一致性模型中最重要的一环，下面介绍下主要的理论：

Lease内部类标示一把锁，每一个和他通信的client都会在进来前请求一个时间戳的更新用作唯一标示，超时或是客户端挂了，这个锁就会被释放。Monitor类就是监督锁保证及时释放的。

1、Namenode来维护租约信息
2、对于文件的租约来说，主要考虑文件的最后一个块b的租约信息，先得到存储这个块b的dn的信息，然后从多个dn中分配一个主dn p，p从nn中得到一个新的stamp，p从dn中得到块的信息后计算最小块的长度，然后用这个stamp更新所有的dn，通知nn更新结果，nn更新自己的BlockInfo信息，nn从租约队列中删除f，以此为循环所有的文件在租约队列中都被删除，nn提交editlog。
addLease：给指定文件加锁
changeLease：换锁
checkLeases：检查锁
countLease：锁计数
getSortedLeases：得到一个有顺序的锁队列
removeLease：移除锁，当然了类中有很多移除的方法

FSEditLog类和FSImage类：这两个类维护了namenode的日志信息。
FSEditLog：顾名思义记录namenode fs的修改，首先定义了一些操作的常量，输出流输入流句柄、事务计数器、最近的log时间、FSImage信息、事务统计信息和度量信息。
FSImage类记录了namespace的修改日志和检查点信息，
recoverTransitionRead：通过读日志恢复之前的fs事务信息，
doRollback：回滚fs状态
doImportCheckpoint：导入指定目录下的checkpoint信息
loadFSImage() ：载入最近的image信息
loadFSImage：载入指定文件的image
saveFSImage：保存image
saveINode2Image：保存inode的image
NameNodeDirType给出了可以存储的文件内容既可以只存储editlog，也可以image和editlog一起存

最后要介绍的是SecondaryNameNode类，这个类或者说这个服务其实就是一个线程：这个线程最主要的任务在于维护检查点的信息。
initialize：连接nn，初始化客户端信息，
run：没5分钟检查一次nn的editlog的增量大小
downloadCheckpointFiles：传输文件
doCheckpoint：做一次新的检查点
putFSImage：给nn传递新的image
doMerge：合并image
类内部提供了用于测试error的方法，在每次调用的时候执行，保证了执行过程的正确性。