HBase 底层原理详解(深度好文,建议收藏)(三)

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云原生网关 MSE Higress,422元/月
服务治理 MSE Sentinel/OpenSergo,Agent数量 不受限
简介: HBase 底层原理详解

如果Memstore达到阈值,会把Memstore中的数据flush到Storefile中。


当Storefile越来越多,会触发Compact合并操作,把过多的Storefile合并成一个大的Storefile。


当Storefile越来越大,Region也会越来越大,达到阈值后,会触发Split操作,将Region一分为二。


细节描述:


HBase使用MemStore和StoreFile存储对表的更新。


数据在更新时首先写入Log(WAL log)和内存(MemStore)中,MemStore中的数据是排序的,当MemStore累计到一定阈值时,就会创建一个新的MemStore,并且将老的MemStore添加到flush队列,由单独的线程flush到磁盘上,成为一个StoreFile。于此同时,系统会在zookeeper中记录一个redo point,表示这个时刻之前的变更已经持久化了。


当系统出现意外时,可能导致内存(MemStore)中的数据丢失,此时使用Log(WAL log)来恢复checkpoint之后的数据。


StoreFile是只读的,一旦创建后就不可以再修改。因此HBase的更新其实是不断追加的操作。当一个Store中的StoreFile达到一定的阈值后,就会进行一次合并(minor_compact, major_compact),将对同一个key的修改合并到一起,形成一个大的StoreFile,当StoreFile的大小达到一定阈值后,又会对 StoreFile进行split,等分为两个StoreFile。


由于对表的更新是不断追加的,compact时,需要访问Store中全部的 StoreFile和MemStore,将他们按row key进行合并,由于StoreFile和MemStore都是经过排序的,并且StoreFile带有内存中索引,合并的过程还是比较快。


HRegion管理



HRegion分配


任何时刻,一个HRegion只能分配给一个HRegion Server。HMaster记录了当前有哪些可用的HRegion Server。以及当前哪些HRegion分配给了哪些HRegion Server,哪些HRegion还没有分配。当需要分配的新的HRegion,并且有一个HRegion Server上有可用空间时,HMaster就给这个HRegion Server发送一个装载请求,把HRegion分配给这个HRegion Server。HRegion Server得到请求后,就开始对此HRegion提供服务。


HRegion Server上线


HMaster使用zookeeper来跟踪HRegion Server状态。当某个HRegion Server启动时,会首先在zookeeper上的server目录下建立代表自己的znode。由于HMaster订阅了server目录上的变更消息,当server目录下的文件出现新增或删除操作时,HMaster可以得到来自zookeeper的实时通知。因此一旦HRegion Server上线,HMaster能马上得到消息。


HRegion Server下线


当HRegion Server下线时,它和zookeeper的会话断开,zookeeper而自动释放代表这台server的文件上的独占锁。HMaster就可以确定:


  1. HRegion Server和zookeeper之间的网络断开了。
  2. HRegion Server挂了。


无论哪种情况,HRegion Server都无法继续为它的HRegion提供服务了,此时HMaster会删除server目录下代表这台HRegion Server的znode数据,并将这台HRegion Server的HRegion分配给其它还活着的节点。


HMaster工作机制



master上线


master启动进行以下步骤:


  1. 从zookeeper上获取唯一一个代表active master的锁,用来阻止其它HMaster成为master。
  2. 扫描zookeeper上的server父节点,获得当前可用的HRegion Server列表。
  3. 和每个HRegion Server通信,获得当前已分配的HRegion和HRegion Server的对应关系。
  4. 扫描.META.region的集合,计算得到当前还未分配的HRegion,将他们放入待分配HRegion列表。


master下线


由于HMaster只维护表和region的元数据,而不参与表数据IO的过程,HMaster下线仅导致所有元数据的修改被冻结(无法创建删除表,无法修改表的schema,无法进行HRegion的负载均衡,无法处理HRegion 上下线,无法进行HRegion的合并,唯一例外的是HRegion的split可以正常进行,因为只有HRegion Server参与),表的数据读写还可以正常进行。因此HMaster下线短时间内对整个HBase集群没有影响。


从上线过程可以看到,HMaster保存的信息全是可以冗余信息(都可以从系统其它地方收集到或者计算出来)


因此,一般HBase集群中总是有一个HMaster在提供服务,还有一个以上的‘HMaster’在等待时机抢占它的位置。


HBase三个重要机制



1. flush机制


1.(hbase.regionserver.global.memstore.size)默认;堆大小的40%


regionServer的全局memstore的大小,超过该大小会触发flush到磁盘的操作,默认是堆

大小的40%,而且regionserver级别的flush会阻塞客户端读写


2.(hbase.hregion.memstore.flush.size)默认:128M


单个region里memstore的缓存大小,超过那么整个HRegion就会flush,


3.(hbase.regionserver.optionalcacheflushinterval)默认:1h


内存中的文件在自动刷新之前能够存活的最长时间


4.(hbase.regionserver.global.memstore.size.lower.limit)默认:堆大小 * 0.4 * 0.95


有时候集群的“写负载”非常高,写入量一直超过flush的量,这时,我们就希望memstore不要超过一定的安全设置。在这种情况下,写操作就要被阻塞一直到memstore恢复到一个“可管理”的大小, 这个大小就是默认值是堆大小 * 0.4 * 0.95,也就是当regionserver级别的flush操作发送后,会阻塞客户端写,一直阻塞到整个regionserver级别的memstore的大小为 堆大小 * 0.4 *0.95为止


5.(hbase.hregion.preclose.flush.size)默认为:5M


当一个 region 中的 memstore 的大小大于这个值的时候,我们又触发了region的 close时,会先运行“pre-flush”操作,清理这个需要关闭的memstore,然后 将这个 region 下线。当一个 region 下线了,我们无法再进行任何写操作。 如果一个 memstore 很大的时候,flush 操作会消耗很多时间。"pre-flush" 操作意味着在 region 下线之前,会先把 memstore 清空。这样在最终执行 close 操作的时候,flush 操作会很快。


6.(hbase.hstore.compactionThreshold)默认:超过3个


一个store里面允许存的hfile的个数,超过这个个数会被写到新的一个hfile里面 也即是每个region的每个列族对应的memstore在flush为hfile的时候,默认情况下当超过3个hfile的时候就会对这些文件进行合并重写为一个新文件,设置个数越大可以减少触发合并的时间,但是每次合并的时间就会越长


2. compact机制


把小的storeFile文件合并成大的HFile文件。


清理过期的数据,包括删除的数据


将数据的版本号保存为1个。


split机制


当HRegion达到阈值,会把过大的HRegion一分为二。


默认一个HFile达到10Gb的时候就会进行切分。

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