HDFS—存储优化
1. 纠删码
HDFS默认情况下，一个文件有3个副本，这样提高了数据的可靠性，但也带来了2倍的冗余开销。Hadoop3.x引入了纠删码，采用计算的方式，可以节省约50％左右的存储空间。
1.1 纠删码操作相关的命令
sh
[jack@hadoop105 etc]$ hdfs ec
Usage: bin/hdfs ec [COMMAND]
[-listPolicies] //列出所有的纠删码策略
[-addPolicies -policyFile <file>] // 添加纠删码策略
[-getPolicy -path <path>] // 查询某个路径的纠删码策略
[-removePolicy -policy <policy>] // 删除纠删码策略
[-setPolicy -path <path> [-policy <policy>] [-replicate]] // 对某个路径设置特地的纠删码策略
[-unsetPolicy -path <path>]
[-listCodecs]
[-enablePolicy -policy <policy>] // 启用某个纠删码策略
[-disablePolicy -policy <policy>] // 禁用某个纠删码策略
[-verifyClusterSetup [-policy <policy>...<policy>]]
[-help <command-name>]1.2 查看当前支持的纠删码策略
sh
[jack@hadoop105 etc]$ hdfs ec -listPolicies
Erasure Coding Policies:
ErasureCodingPolicy=[Name=RS-10-4-1024k, Schema=[ECSchema=[Codec=rs, numDataUnits=10, numParityUnits=4]], CellSize=1048576, Id=5], State=DISABLED
ErasureCodingPolicy=[Name=RS-3-2-1024k, Schema=[ECSchema=[Codec=rs, numDataUnits=3, numParityUnits=2]], CellSize=1048576, Id=2], State=DISABLED
ErasureCodingPolicy=[Name=RS-6-3-1024k, Schema=[ECSchema=[Codec=rs, numDataUnits=6, numParityUnits=3]], CellSize=1048576, Id=1], State=ENABLED
ErasureCodingPolicy=[Name=RS-LEGACY-6-3-1024k, Schema=[ECSchema=[Codec=rs-legacy, numDataUnits=6, numParityUnits=3]], CellSize=1048576, Id=3], State=DISABLED
ErasureCodingPolicy=[Name=XOR-2-1-1024k, Schema=[ECSchema=[Codec=xor, numDataUnits=2, numParityUnits=1]], CellSize=1048576, Id=4], State=DISABLED纠删码策略说明：
RS-3-2-1024k：使用RS编码，每3个数据单元，生成2个校验单元，共5个单元，也就是说：这5个单元中，只要有任意的3个单元存在(不管是数据单元还是校验单元，只要总数=3)，就可以得到原始数据。每个单元的大小是1024k。RS-10-4-1024k：使用RS编码，每10个数据单元(cell)，生成4个校验单元，共14个单元，也就是说：这14个单元中，只要有任意的10个单元存在(不管是数据单元还是校验单元，只要总数=10)，就可以得到原始数据。每个单元的大小是1024k。RS-6-3-1024k：使用RS编码，每6个数据单元，生成3个校验单元，共9个单元，也就是说：这9个单元中，只要有任意的6个单元存在(不管是数据单元还是校验单元，只要总数=6)，就可以得到原始数据。每个单元的大小是1024k。RS-LEGACY-6-3-1024k：策略和上面的RS-6-3-1024k一样，只是编码的算法用的是rs-legacy。XOR-2-1-1024k：使用XOR编码(速度比RS编码快)，每2个数据单元，生成1个校验单元，共3个单元，也就是说：这3个单元中，只要有任意的2个单元存在(不管是数据单元还是校验单元，只要总数= 2)，就可以得到原始数据。每个单元的大小是1024k。
1.3 纠删码实操
纠删码策略是给具体一个路径设置。所有往此路径下存储的文件，都会执行此策略。默认只开启对RS-6-3-1024k策略的支持，如要使用别的策略需要提前启用。
需求：将/input目录设置为RS-3-2-1024k策略
- 开启对RS-3-2-1024k策略的支持
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs ec -enablePolicy -policy RS-3-2-1024k
Erasure coding policy RS-3-2-1024k is enabled- 在HDFS创建目录，并设置RS-3-2-1024k策略
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs dfs -mkdir /input
[jack@hadoop202 hadoop-3.3.6]$ hdfs ec -setPolicy -path /input -policy RS-3-2-1024k- 上传文件，并查看文件编码后的存储情况
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs dfs -put web.log /input提示
所上传的文件需要大于2M才能看出效果。(低于2M，只有一个数据单元和两个校验单元)
2. 异构存储(冷热数据分离)
异构存储主要解决，不同的数据，存储在不同类型的硬盘中，达到最佳性能的问题。
2.1 存储类型和存储策略
- 关于存储类型
RAM_DISK：(内存镜像文件系统)SSD：(SSD固态硬盘)DISK：(普通磁盘，在HDFS中，如果没有主动声明数据目录存储类型默认都是DISK)ARCHIVE：(没有特指哪种存储介质，主要的指的是计算能力比较弱而存储密度比较高的存储介质，用来解决数据量的容量扩增的问题，一般用于归档)
- 关于存储策略
| 策略ID | 策略名称 | 副本分布 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 15 | Lazy_Persist | RAM_DISK:1，DISK:n-1 | 一个副本保存在内存RAM_DISK中，其余副本保存在磁盘中。 |
| 12 | All_SSD | SSD:n | 所有副本都保存在SSD中 |
| 10 | One_SSD | SSD:1，DISK:n-1 | 一个副本保存在SSD中，其余副本保存在磁盘中 |
| 7 | Hot(default) | DISK:n | 所有副本保存在磁盘中，这也是默认的存储策略 |
| 5 | Warm | DSIK:1，ARCHIVE:n-1 | 一个副本保存在磁盘上，其余副本保存在归档存储上 |
| 2 | Cold | ARCHIVE:n | 所有副本都保存在归档存储上 |
提示
从Lazy_Persist到Cold，分别代表了设备的访问速度从快到慢
2.2 异构存储Shell操作命令
- 查看当前有哪些存储策略可以用
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs storagepolicies -listPolicies- 为指定路径(数据存储目录)设置指定的存储策略
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs storagepolicies -setStoragePolicy -path xxx -policy xxx- 获取指定路径(数据存储目录或文件)的存储策略
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs storagepolicies -getStoragePolicy -path xxx- 取消存储策略；执行改命令之后该目录或者文件，以其上级的目录为准，如果是根目录，那么就是HOT
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs storagepolicies -unsetStoragePolicy -path xxx- 查看文件块的分布
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ bin/hdfs fsck xxx -files -blocks -locations- 查看集群节点
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hadoop dfsadmin -report2.3 异构存储数据配置
集群规划：
| 节点 | 存储类型分配 |
|---|---|
| hadoop102 | RAM_DISK，SSD |
| hadoop103 | SSD，DISK |
| hadoop104 | DISK，RAM_DISK |
| hadoop105 | ARCHIVE |
| hadoop106 | ARCHIVE |
- 配置文件信息 Hadoop并不会真正监测存储路径是否是真的内存盘，固态盘，我们只需要指明路径所在硬盘类型即可
- 为hadoop102节点的hdfs-site.xml配置
xml
<property>
<name>dfs.replication</name>
<value>2</value>
</property>
<property>
<name>dfs.storage.policy.enabled</name>
<value>true</value>
</property>
<property>
<name>dfs.datanode.data.dir</name>
<value>[SSD]file:///opt/module/hadoop-3.3.6/hdfsdata/ssd,[RAM_DISK]file:///opt/module/hadoop-3.3.6/hdfsdata/ram_disk</value>
</property>- hadoop103节点的hdfs-site.xml添加如下信息
xml
<property>
<name>dfs.replication</name>
<value>2</value>
</property>
<property>
<name>dfs.storage.policy.enabled</name>
<value>true</value>
</property>
<property>
<name>dfs.datanode.data.dir</name>
<value>[SSD]file:///opt/module/hadoop-3.3.6/hdfsdata/ssd,[DISK]file:///opt/module/hadoop-3.3.6/hdfsdata/disk</value>
</property>- hadoop104节点的hdfs-site.xml添加如下信息
xml
<property>
<name>dfs.replication</name>
<value>2</value>
</property>
<property>
<name>dfs.storage.policy.enabled</name>
<value>true</value>
</property>
<property>
<name>dfs.datanode.data.dir</name>
<value>[RAM_DISK]file:///opt/module/hdfsdata/ram_disk,[DISK]file:///opt/module/hadoop-3.3.6/hdfsdata/disk</value>
</property>- hadoop105节点的hdfs-site.xml
xml
<property>
<name>dfs.replication</name>
<value>2</value>
</property>
<property>
<name>dfs.storage.policy.enabled</name>
<value>true</value>
</property>
<property>
<name>dfs.datanode.data.dir</name>
<value>[ARCHIVE]file:///opt/module/hadoop-3.3.6/hdfsdata/archive</value>
</property>- 为hadoop106节点的hdfs-site.xml添加如下信息
xml
<property>
<name>dfs.replication</name>
<value>2</value>
</property>
<property>
<name>dfs.storage.policy.enabled</name>
<value>true</value>
</property>
<property>
<name>dfs.datanode.data.dir</name>
<value>[ARCHIVE]file:///opt/module/hadoop-3.3.6/hdfsdata/archive</value>
</property>2.4 HOT存储策略
- 最开始我们未设置存储策略的情况下，我们获取该目录的存储策略
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs storagepolicies -getStoragePolicy -path /hdfsdata- 查看上传的文件块分布
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs fsck /hdfsdata -files -blocks -locations
[DatanodeInfoWithStorage[192.168.10.104:9866,DS-0b133854-7f9e-48df-939b-5ca6482c5afb,DISK], DatanodeInfoWithStorage[192.168.10.103:9866,DS-ca1bd3b9-d9a5-4101-9f92-3da5f1baa28b,DISK]]2.5 WARM存储策略
- 为数据降温
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs storagepolicies -setStoragePolicy -path /hdfsdata -policy WARM- 查看文件块分布，我们可以看到文件块依然放在原处
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs fsck /hdfsdata -files -blocks -locations- 需要让他HDFS按照存储策略自行移动文件块
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs mover /hdfsdata- 再次查看文件块分布
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs fsck /hdfsdata -files -blocks -locations
[DatanodeInfoWithStorage[192.168.10.105:9866,DS-d46d08e1-80c6-4fca-b0a2-4a3dd7ec7459,ARCHIVE], DatanodeInfoWithStorage[192.168.10.103:9866,DS-ca1bd3b9-d9a5-4101-9f92-3da5f1baa28b,DISK]]2.6 COLD策略测试
- 继续将数据降温为cold
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs storagepolicies -setStoragePolicy -path /hdfsdata -policy COLD注意
当我们将目录设置为COLD并且我们未配置ARCHIVE存储目录的情况下，不可以向该目录直接上传文件，会报出异常。
- 手动转移
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs mover /hdfsdata- 检查文件块的分布
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ bin/hdfs fsck /hdfsdata -files -blocks -locations
[DatanodeInfoWithStorage[192.168.10.105:9866,DS-d46d08e1-80c6-4fca-b0a2-4a3dd7ec7459,ARCHIVE], DatanodeInfoWithStorage[192.168.10.106:9866,DS-827b3f8b-84d7-47c6-8a14-0166096f919d,ARCHIVE]]所有文件块都在ARCHIVE，符合COLD存储策略。
2.7 ONE_SSD策略测试
- 将存储策略从默认的HOT更改为One_SSD
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs storagepolicies -setStoragePolicy -path /hdfsdata -policy One_SSD- 手动转移文件块
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs mover /hdfsdata- 转移完成后，我们查看文件块分布
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ bin/hdfs fsck /hdfsdata -files -blocks -locations
[DatanodeInfoWithStorage[192.168.10.104:9866,DS-0b133854-7f9e-48df-939b-5ca6482c5afb,DISK], DatanodeInfoWithStorage[192.168.10.103:9866,DS-2481a204-59dd-46c0-9f87-ec4647ad429a,SSD]]文件块分布为一半在SSD，一半在DISK，符合One_SSD存储策略。
2.7 ALL_SSD策略测试
- 将存储策略更改为All_SSD
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs storagepolicies -setStoragePolicy -path /hdfsdata -policy All_SSD- 手动转移文件块
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs mover /hdfsdata- 查看文件块分布
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ bin/hdfs fsck /hdfsdata -files -blocks -locations
[DatanodeInfoWithStorage[192.168.10.102:9866,DS-c997cfb4-16dc-4e69-a0c4-9411a1b0c1eb,SSD], DatanodeInfoWithStorage[192.168.10.103:9866,DS-2481a204-59dd-46c0-9f87-ec4647ad429a,SSD]]2.8 LAZY_PERSIST策略测试
- 将存储策略改为lazy_persist
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs storagepolicies -setStoragePolicy -path /hdfsdata -policy lazy_persist- 手动转移文件块
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs mover /hdfsdata- 查看文件块分布
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ hdfs fsck /hdfsdata -files -blocks -locations
[DatanodeInfoWithStorage[192.168.10.104:9866,DS-0b133854-7f9e-48df-939b-5ca6482c5afb,DISK], DatanodeInfoWithStorage[192.168.10.103:9866,DS-ca1bd3b9-d9a5-4101-9f92-3da5f1baa28b,DISK]]这里我们发现所有的文件块都是存储在DISK，按照理论一个副本存储在RAM_DISK，其他副本存储在DISK中，这是因为我们还需要配置dfs.datanode.max.locked.memory，dfs.block.size参数。
那么出现存储策略为LAZY_PERSIST时，文件块副本都存储在DISK上的原因有如下两点：
(1)当客户端所在的DataNode节点没有RAM_DISK时，则会写入客户端所在的DataNode节点的DISK磁盘，其余副本会写入其他节点的DISK磁盘。
(2)当客户端所在的DataNode有RAM_DISK，但dfs.datanode.max.locked.memory参数值未设置或者设置过小(小于dfs.block.size参数值)时，则会写入客户端所在的DataNode节点的DISK磁盘，其余副本会写入其他节点的DISK磁盘。
但是由于虚拟机的max locked memory为64KB，所以，如果参数配置过大，还会报出错误：
sh
ERROR org.apache.hadoop.hdfs.server.datanode.DataNode: Exception in secureMain
java.lang.RuntimeException: Cannot start datanode because the configured max locked memory size (dfs.datanode.max.locked.memory) of 209715200 bytes is more than the datanode's available RLIMIT_MEMLOCK ulimit of 65536 bytes.我们可以通过该命令查询此参数的内存:
sh
[jack@hadoop102 hadoop-3.3.6]$ ulimit -a
max locked memory (kbytes, -l) 64