HDFS读写数据块--${dfs.data.dir}选择策略

　　最近工作需要，看了HDFS读写数据块这部分。不过可能跟网上大部分帖子不一样，本文主要写了${dfs.data.dir}的选择策略，也就是block在DataNode上的放置策略。我主要是从我们工作需要的角度来读这部分代码的。　　

hdfs-site.xml
<property>
<name>dfs.data.dir</name>
<value>/mnt/datadir1/data,/mnt/datadir2/data,/mnt/datadir3/data</value>
</property>

　　所谓${dfs.data.dir}的选择策略，就是当DataNode配置有多个${dfs.data.dir}目录时(如上面的配置)，该选择哪个目录来存放block。一般多个硬盘分别挂载到不同的${dfs.data.dir}下，所以存储block是要决定block该放到哪个磁盘上。

　　创建文件总共有两步：

　　1、在写block之前，需要与NameNode通信来生成文件(INodeFile、INodeFileUnderConstruction)。首先在DFSClient端的create()方法中发起写请求，然后通过RPC由NameNode最终调用FSNameSystem的startFileInternal()方法来创建文件。

/**
* The client would like to obtain an additional block for the indicated
* filename (which is being written-to).  Return an array that consists
* of the block, plus a set of machines.  The first on this list should
* be where the client writes data.  Subsequent items in the list must
* be provided in the connection to the first datanode.
*
* Make sure the previous blocks have been reported by datanodes and
* are replicated.  Will return an empty 2-elt array if we want the
* client to "try again later".
*/
//向NameNode申请block
public LocatedBlock getAdditionalBlock(String src,
String clientName,
HashMap<Node, Node> excludedNodes
) throws IOException {
long fileLength, blockSize;
int replication;
DatanodeDescriptor clientNode = null;
Block newBlock = null;

NameNode.stateChangeLog.debug("BLOCK* getAdditionalBlock: "
+src+" for "+clientName);

synchronized (this) {
if (isInSafeMode()) {//check safemode first for failing-fast
throw new SafeModeException("Cannot add block to " + src, safeMode);
}
// have we exceeded the configured limit of fs objects.
checkFsObjectLimit();

INodeFileUnderConstruction pendingFile  = checkLease(src, clientName);

//
// If we fail this, bad things happen!
//
if (!checkFileProgress(pendingFile, false)) {
throw new NotReplicatedYetException("Not replicated yet:" + src);
}
fileLength = pendingFile.computeContentSummary().getLength();
blockSize = pendingFile.getPreferredBlockSize();
clientNode = pendingFile.getClientNode();
replication = (int)pendingFile.getReplication();
}

// choose targets for the new block to be allocated.
//选择副本存放的位置
DatanodeDescriptor targets[] = replicator.chooseTarget(src,
replication,
clientNode,
excludedNodes,
blockSize);
if (targets.length < this.minReplication) {
throw new IOException("File " + src + " could only be replicated to " +
targets.length + " nodes, instead of " +
minReplication);
}

// Allocate a new block and record it in the INode.
synchronized (this) {
if (isInSafeMode()) { //make sure it is not in safemode again.
throw new SafeModeException("Cannot add block to " + src, safeMode);
}
INode[] pathINodes = dir.getExistingPathINodes(src);
int inodesLen = pathINodes.length;
checkLease(src, clientName, pathINodes[inodesLen-1]);
INodeFileUnderConstruction pendingFile  = (INodeFileUnderConstruction)
pathINodes[inodesLen - 1];

if (!checkFileProgress(pendingFile, false)) {
throw new NotReplicatedYetException("Not replicated yet:" + src);
}

// allocate new block record block locations in INode.
//分配block，并随机生成一个不重复的blockID，然后在INode中记录该block
newBlock = allocateBlock(src, pathINodes);
pendingFile.setTargets(targets);

for (DatanodeDescriptor dn : targets) {
dn.incBlocksScheduled();
}
dir.persistBlocks(src, pendingFile);
}
if (persistBlocks) {
getEditLog().logSync();
}

// Create next block
LocatedBlock b = new LocatedBlock(newBlock, targets, fileLength);
if (isAccessTokenEnabled) {
b.setBlockToken(accessTokenHandler.generateToken(b.getBlock(),
EnumSet.of(BlockTokenSecretManager.AccessMode.WRITE)));
}
return b;
}

getAdditionalBlock
　　上面的方法还涉及到了块的选择策略，这个留在下一篇再说。下面这个图来总结下上面方法的调用层次：



　　最后重点说一下block在DataNode上的存储策略。其调度层次如下：



　　首先说一下其中涉及到的数据结构：

class FSVolume {    //卷信息,代表${dfs.data.dir}
private File currentDir;      //存放block，即${dfs.data.dir}/current
private FSDir dataDir;        //表示currentDir有哪些块文件
private File tmpDir;          //存放一些临时文件，即${dfs.data.dir}/tmp
private File blocksBeingWritten;    //放置正在写的block，即${dfs.data.dir}/ blocksBeingWritten
private File detachDir;       //是否写分离，即${dfs.data.dir}/detach
private DF usage;
private DU dfsUsage;
private long reserved;

static class FSVolumeSet {  //卷信息集合,代表多个${dfs.data.dir}
FSVolume[] volumes = null;    //代表多个FSVolume，并将其组织成一个数组
int curVolume = 0;            //指示当前正在使用哪一个FSVolume

　　FSVolumeSet 代表多个${dfs.data.dir}目录的集合，它将这些目录组织成一个数组volumes，然后用curVolume来指示当前正在使用的是哪个${dfs.data.dir}目录。${dfs.data.dir}的选择策略如下：

　　当有多个${dfs.data.dir}时，DataNode顺序地从volumes选择一个FSVolume用来存放block(先放在blocksBeingWritten目录下，写完后再转移到current目录下)；

　　每次写完一个block， curVolume增1。以此实现多个${dfs.data.dir}目录的轮流写。该策略在FSDataSet.FSVolumeSet的getNextVolume()方法中实现。

synchronized FSVolume getNextVolume(long blockSize) throws IOException {

if(volumes.length < 1) {
throw new DiskOutOfSpaceException("No more available volumes");
}

// since volumes could've been removed because of the failure
// make sure we are not out of bounds
if(curVolume >= volumes.length) {
curVolume = 0;
}

int startVolume = curVolume;

while (true) {
FSVolume volume = volumes[curVolume];
curVolume = (curVolume + 1) % volumes.length;    //增1
if (volume.getAvailable() > blockSize) { return volume; }
if (curVolume == startVolume) {
throw new DiskOutOfSpaceException("Insufficient space for an additional block");
}
}
}

　　接着来说一下读block的过程。在Map Task执行时，nextKeyValue()方法来从block中读取数据，主要步骤如下：

　　1、根据创建Map Task时指定的文件偏移量和长度，来确定应该读取哪个block，并获取这个block的详细信息。(与NameNode有一次通信)。

　　2、根据block所在的DataNode，选择一个最好的DN，并建立与该DN的socket连接(默认不启用本地读)。

　　其方法的调用层次如下：



　　Map Task读取数据是由RecordReader类来完成的。它是个接口，有两个子类：

BlockReaderLocal：读取本地block(不通过DataNode)

RemoteBlockReader：读取远程block(通过DataNode)

　　Map Task在读取数据时，即使是本地数据也是使用RemoteBlockReader来读的，也就是通过socket，默认不开启本地读。通过这个链接的方法可以开启本地读(http://hadoop.apache.org/docs/current/hadoop-project-dist/hadoop-hdfs/ShortCircuitLocalReads.html)，也就是使用BlockReaderLocal直接来从本地读block，而不通过DataNode。以下的分析都是基于BlockReaderLocal来完成的。

先说一下涉及到的数据结构：

public class BlockLocalPathInfo implements Writable {    //用来描述block的位置信息

private Block block;                  //特定的块文件
private String localBlockPath = "";   //块文件的本地存储路径
private String localMetaPath = "";    //块校验文件的本地存储路径

//Stores the cache and proxy for a local datanode.
private static class LocalDatanodeInfo {    //代表本机上的某个DataNode(一个机器上可能运行多个DataNode)
private final Map<Block, BlockLocalPathInfo> cache;    //其中维护的表(block-->block位置信息)

// Multiple datanodes could be running on the local machine. Store proxies in
// a map keyed by the ipc port of the datanode.
//BlockReaderLocal中维护的表：
private static Map<Integer, LocalDatanodeInfo> localDatanodeInfoMap = new HashMap<Integer, LocalDatanodeInfo>();
// Integer：表示端口号
//  LocalDatanodeInfo：表示某个DataNode

/**
* This class is used by the datanode to maintain the map from a block
* to its metadata.
*/
class DatanodeBlockInfo {    //表示该DN上的所有block信息(block-->block元信息)

private FSVolume volume;       //block所在的FSVolume
private File     file;         // block file
private boolean detached;      // block的写复制是否完成

//block与block元信息映射表
HashMap<Block,DatanodeBlockInfo> volumeMap = new HashMap<Block, DatanodeBlockInfo>();;

　　在读block时，首先根据localDatanodeInfoMap确定要访问的DataNode；然后从volumeMap中找到block对应的DatanodeBlockInfo信息(这其中就包括block对应的FSVolume，这是在存储block时确定的。本文前边有写)；然后根据DatanodeBlockInfo来构造BlockLocalPathInfo对象，将block的相关信息存放到BlockLocalPathInfo对象中。最后BlockReaderLocal根据BlockLocalPathInfo对象来读取相应的block。 具体在BlockReaderLocal.newBlockReader()方法中。

　　本文基于hadoop1.2.1

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