前言
在很多时候,我们会碰到数据融合的需求,比如说原先有A集群,B集群,后来管理员认为有2套集群,数据访问不方便,于是设法将A,B集群融合为一个更大的集群,将他们的数据都放在同一套集群上.一种办法就是用Hadoop自带的DistCp工具,将数据进行跨集群的拷贝.当然这会带来很多的问题,如果数据量非常庞大的话.本文给大家介绍另外一种解决方案,ViewFileSystem,姑且可以叫做视图文件系统.大意就是让不同集群间维持视图逻辑上的唯一性,不同集群间还是各管各的.
传统数据合并方案
为了形成对比,下面描述一下数据合并中常用的数据合并的做法,就是搬迁数据.举例在HDFS中,也会想到用DistCp工具进行远程拷贝.虽然DistCp本身就是用来干这种事情的,但是随着数据量规模的升级,会有以下问题的出现:
- 1.拷贝周期太长,如果数据量非常大,在机房总带宽有限的情况,拷贝的时间将会非常长.
- 2.数据在拷贝的过程中,一定会有原始数据的变更与改动,如何同步这方面的数据也是需要考虑的方面.
以上2点,是我想到的比较突出的问题.OK,下面就要隆重介绍一下ViewFileSystem的概念了,可能还不是被很多人所熟知.
ViewFileSystem: 视图文件系统
前言中也部分提到了ViewFileSystem的概念,首先要明白一个核心原则
ViewFileSystem不是一个新的文件系统,只是逻辑上的一个视图文件系统,在逻辑上是唯一的.这句话怎么理解呢,ViewFileSystem就帮大家做了一件事情
将各个集群的真实文件路径与ViewFileSystem的新定义的路径进行关联映射上面这句话的意思就好比文件系统中的mount,挂载的意思.进一步地说,ViewFileSystem会在每个客户端中维护一份mount-table挂载关系表,就是上面说的集群物理路径->视图文件系统路径这样的指向关系.但是在mount-table中,关系当然不止1个,会有很多个.比如下面所示的多对关系:
/user -> hdfs://nn1/containingUserDir/user
/project/foo -> hdfs://nn2/projects/foo
/project/bar -> hdfs://nn3/projects/bar前面是ViewFileSystem中的路径,后者才是代表的真正集群路径.所以你可以理解为ViewFileSystem真正干的事情就是路径的路由解析.下面给出简单的原理图:
具体如何进行配置使用会在下文中给出使用方法.
ViewFileSystem内部实现原理
在上文中我们已经基本了解到了ViewFileSystem的作用基本是一个路由解析的角色,真实的请求处理还是在各自真实的集群上.这小节探讨的内容是ViewFileSystem内部是如何实现这个”路由解析“的角色呢?继续往下看.
目录挂载点
因为要做的是路由解析,所以挂载点的设计就显得非常重要了.下面看一下ViewFileSystem中是如何定义此类的.
static public class MountPoint {
// 源路径
private Path src; // the src of the mount
// 目录指向路径,也就是真实路径,可以为多个
private URI[] targets; // target of the mount; Multiple targets imply mergeMount
MountPoint(Path srcPath, URI[] targetURIs) {
src = srcPath;
targets = targetURIs;
}
Path getSrc() {
return src;
}
URI[] getTargets() {
return targets;
}
}一般情况下,挂载节点是一对一的,但是如果存在不同集群间有相同名称目录的情况,也是可以进行一对多的,在Hadoop中叫做MergeCount,不过这个功能目前尚未完成,还在开发中, 相关issueHADOOP-8298.
挂载点的解析与存放
在ViewFileSystem初始化操作中,挂载点的解析与存放其中一个非常重要的过程.其中的过程执行又是在下面这个变量中进行的:
InodeTree<FileSystem> fsState; // the fs state; ie the mount table进入ViewFileSystem的initialize实现:
public void initialize(final URI theUri, final Configuration conf)
throws IOException {
super.initialize(theUri, conf);
setConf(conf);
config = conf;
// Now build client side view (i.e. client side mount table) from config.
final String authority = theUri.getAuthority();
try {
myUri = new URI(FsConstants.VIEWFS_SCHEME, authority, "/", null, null);
// 传入conf信息进行fsState初始化
fsState = new InodeTree<FileSystem>(conf, authority) {
...然后进入InodeTree的构造方法中
protected InodeTree(final Configuration config, final String viewName)
throws UnsupportedFileSystemException, URISyntaxException,
...
final String mtPrefix = Constants.CONFIG_VIEWFS_PREFIX + "." +
vName + ".";
final String linkPrefix = Constants.CONFIG_VIEWFS_LINK + ".";
final String linkMergePrefix = Constants.CONFIG_VIEWFS_LINK_MERGE + ".";
boolean gotMountTableEntry = false;
final UserGroupInformation ugi = UserGroupInformation.getCurrentUser();
for (Entry<String, String> si : config) {
final String key = si.getKey();
// 判断源key名是否是前缀fs.viewfs.mounttable开头的
if (key.startsWith(mtPrefix)) {
...
// 获取目标映射的真实路径,可能为多个,以','隔开
final String target = si.getValue(); // link or merge link
createLink(src, target, isMergeLink, ugi);
}
}
...真正实现挂载点关系的存储其实是在createLink方法中,进入此方法
private void createLink(final String src, final String target,
final boolean isLinkMerge, final UserGroupInformation aUgi)
throws URISyntaxException, IOException,
FileAlreadyExistsException, UnsupportedFileSystemException {
// Validate that src is valid absolute path
final Path srcPath = new Path(src);
if (!srcPath.isAbsoluteAndSchemeAuthorityNull()) {
throw new IOException("ViewFs:Non absolute mount name in config:" + src);
}
// 将待添加的路径按照'/'分隔符进行拆分
final String[] srcPaths = breakIntoPathComponents(src);
// 设置当前节点为根节点
INodeDir<T> curInode = root;
...注意上面执行的最后一行代码处,出现了INodeDir的类,而且设置了当前curInode为根节点.这实际上是非常有用意的.继续查看INodeDir类的定义.
/**
* Internal class to represent an internal dir of the mount table
* @param <T>
*/
static class INodeDir<T> extends INode<T> {
// 孩子节点
final Map<String,INode<T>> children = new HashMap<String,INode<T>>();
// 与此挂载目录相关的文件系统
T InodeDirFs = null; // file system of this internal directory of mountT
boolean isRoot = false;
...从上面,我们可以看出这里是一个父亲-孩子的关系,并且每个目录会有对应自身的目标文件系统,而且孩子中可能还是InodeDir或是INode的子类.再联系到之前路径按照符号’/’进行划分,我们大致可以推测出,ViewFileSystem是按照书写结构的存放方式进行挂载点的存储的.
后面的代码基本上也验证了此时的猜想,下面是最相近的目录树的寻找:
...
int i;
// Ignore first initial slash, process all except last component
// 忽略第一个空字符串,遍历其后的每一个子段
for (i = 1; i < srcPaths.length-1; i++) {
// 获取当前的子段字符串
final String iPath = srcPaths[i];
// 从当前的目录Inode中进行查找,
INode<T> nextInode = curInode.resolveInternal(iPath);
// 如果没有查找到,意味着当前的节点中没有此路径下对应的信息
if (nextInode == null) {
// 新增此路径对应的targetFileSystem的信息
INodeDir<T> newDir = curInode.addDir(iPath, aUgi);
newDir.InodeDirFs = getTargetFileSystem(newDir);
// 并以此作为下个节点的,即为找到的目标节点
nextInode = newDir;
}
// 如果此节点已经是INodeLink信息,则抛异常
if (nextInode instanceof INodeLink) {
// Error - expected a dir but got a link
throw new FileAlreadyExistsException("Path " + nextInode.fullPath +
" already exists as link");
} else {
// 如果还是Inode目录,则将子目录作为当前目录,往下寻找
assert(nextInode instanceof INodeDir);
curInode = (INodeDir<T>) nextInode;
}
}
...找到最近一层的目录树后,在此下加入新的URI的Link关联信息
...
// 到此基本找到了最底层的目录,然后在此目录下添加INodeLink链接
final INodeLink<T> newLink;
final String fullPath = curInode.fullPath + (curInode == root ? "" : "/")
+ iPath;
// 将目录URL链接等信息全部传入INodeLink中,
if (isLinkMerge) { // Target is list of URIs
String[] targetsList = StringUtils.getStrings(target);
URI[] targetsListURI = new URI[targetsList.length];
int k = 0;
for (String itarget : targetsList) {
targetsListURI[k++] = new URI(itarget);
}
newLink = new INodeLink<T>(fullPath, aUgi,
getTargetFileSystem(targetsListURI), targetsListURI);
} else {
newLink = new INodeLink<T>(fullPath, aUgi,
getTargetFileSystem(new URI(target)), new URI(target));
}
//将构造完毕的INodeLink作为子节点加入到当前节点中
curInode.addLink(iPath, newLink);
// 同时加入到挂载节点列表中
mountPoints.add(new MountPoint<T>(src, newLink));
...所以可以看到,最终的指向文件系统和具体信息都在INodeLink中.然后所有的挂载目录点的位置都被以key字符串被树形的拆开存放.换句话说,在viewFileSystem中输入一个viewFileSystem中配置的查询路径,会被逐层解析到对应的InodeDir,最终取出对应的InodeLink.存储模型图如下:
解析的逻辑与此完全类型,也是通过INodeDir的存储关系一步一步往里找,这里就不花篇幅重新介绍了.
ViewFileSystem的请求处理
现在又一个问题出现了,viewFileSystem是如何处理客户端发来的各种HDFS的请求的呢?以mkdir为例:
@Override
public boolean mkdirs(final Path dir, final FsPermission permission)
throws IOException {
// 通过fsState对象进行解析
InodeTree.ResolveResult<FileSystem> res =
fsState.resolve(getUriPath(dir), false);
// 获取目标真实文件系统进行对应的请求处理
return res.targetFileSystem.mkdirs(res.remainingPath, permission);
}这里的fsState.resolve就会到之前提到的INodeDir中进行逐层寻找.找到的对应的文件系统后,就会把后面最终起作用的路径作为参数传入真实的文件系统中.
此过程的调用流程图如下:
ViewFileSystem的路径包装
ViewFileSystem作为一个视图文件系统,要保持在逻辑上的完全一致,所有对于文件的返回属性信息,要做一层包装和适配.比如下面这个例子:
我事先设定了挂载信息
/project/viewFsTmp -> hdfs://nn1/projects/Tmp前者是我的ViewFileSystem路径,后者是真实文件系统存放路径.在真实文件系统中假设存在3个子文件:
/projects/Tmp/child1
/projects/Tmp/child2
/projects/Tmp/child3在viewFileSystem的情况下,我用hadoop fs -ls /project/viewFsTmp的命令下去看,出现的信息应该是这样的
/projects/viewFsTmp/child1
/projects/viewFsTmp/child2
/projects/viewFsTmp/child3因为挂掉点信息文件路径已经被我变更了,一切都会安装viewFileSystem中所配置的路径来.所以这需要我们对真实返回的FileStatus做一层包装,对应一些大小,修改时间等基本属性信息,直接返回原来的就行,当时对于一些Path的返回,就要做一层修改了.
于是就衍生出了ViewFsFileStatus这个类
class ViewFsFileStatus extends FileStatus {
// 原FileStatus信息
final FileStatus myFs;
// 修改的路径信息
Path modifiedPath;
ViewFsFileStatus(FileStatus fs, Path newPath) {
myFs = fs;
modifiedPath = newPath;
}
...在此类中就对getPath做了改动:
@Override
public Path getPath() {
// 重载返回Path的方法,返回的是修改过的Path信息
return modifiedPath;
}对于其他的基本属性方法,直接调用原来的
...
@Override
public short getReplication() {
return myFs.getReplication();
}
@Override
public long getModificationTime() {
return myFs.getModificationTime();
}
@Override
public long getAccessTime() {
return myFs.getAccessTime();
}
...于是就实现了我们前面所述的例子.这一点,大家可以亲自尝试以下.下面是一张包含关系图:
ViewFileSystem性能优化
这里的viewFileSystem性能优化点主要是针对其中最频繁的Resolve解析路径的操作.这里其实可以有比较大的性能提升.因为在前文中已经描述过,目前viewFileSystem通过将路径进行拆分,保存到一个树型的结构中,然后解析的时候同样需要拆分路径,进行逐层解析.这个方法本身没有问题,但是在mount table数量很少的情况下,效率就不见得很高了,而且频繁的拆分,合并字符串本身不是非常快的操作.所以在viewFileSystem中,声明了一段To-Do的声明,就是将来可以做的改进:
// TO DO: - more efficient to not split the path, but simply compare也就是说,可以直接保存到一个map的关系结构中,然后直接做字符串的简单比较,然后也不需要保存什么复杂的父亲-孩子的结构,当然这对mount table记录比较少的情况.近一步的说,我们选择目录映射的时候,肯定不会搞很多的关系,通常我们主要映射几个顶级目录就可以了,所以一般记录数也不会很多.当然,如果这要改的话,那么添加Link和解析的路径的逻辑都要变.
ViewFileSystem的使用
最后简单介绍一些viewFileSystem是如何配置使用的.分为以下几个步骤.
第一步:创建viewfs名称
在core-site.xml中配置fs.defaultFS属性,例如如下
<property>
<name>fs.defaultFS</name>
<value>viewfs://MultipleCluster</value>
</property>第二步:添加挂载关系
<property><name>fs.viewfs.mounttable.MultipleCluster.link./viewfstmp</name>
<value>hdfs://nn1/tmp</value>
</property>这里的nn1就是真实的集群路径.注意这里的fs.viewfs.mounttable.MultipleCluster.link中的link前面的名称必须与之前viewfs中定义的名称一致.
经过这2个步骤,就基本完成了viewFileSystem的配置,其实非常的简单.
然后你用fs -ls的命令去分别在未配置前和配置后的集群中运行此命令,你会发现,子目录文件信息完全一致:
操作前在nn1所在集群
$ hadoop fs -ls /tmp
Found 2 items
-rw-r--r-- 2 data supergroup 193488274 2016-04-13 14:21 /tmp/share.tar.gz
drwxr-xr-x - data supergroup 0 2016-03-15 15:39 /tmp/sparkjars配置后的集群中:
$ hadoop fs -ls /viewfstmp
Found 2 items
-rw-r--r-- 2 data supergroup 193488274 2016-04-13 14:21 /viewfstmp/share.tar.gz
drwxr-xr-x - data supergroup 0 2016-03-15 15:39 /viewfstmp/spark jars倘若你在配置后的集群中还是用hadoop fs -ls /tmp去找,他就会报找不到文件的提示.
$ hadoop fs -ls /tmp
ls: `/tmp': No such file or directory因为在逻辑上,这个目录已经被挂载到viewfs的/viewfstmp下了.这些mount信息都会维护在客户端的内存中,同时也不需要重启namenode,datanode.