（1）Secondary NameNode：它不是HA，它只是阶段性的合并edits和fsimage，以缩短集群启动的时间。默认为1小时进行一次整合。当NN失效的时候，SecondaryNN并无法立刻提供服务，Secondary NN甚至无法保证数据完整性：如果NN数据丢失的话，在上一次合并后的文件的改动会丢失。

（1）基本原理就是用2N+1台 JN 存储EditLog，每次写数据操作有大多数（>=N+1）返回成功时即认为该次写成功，数据不会丢失了。当然这个算法所能容忍的是最多有N台机器挂掉，如果多于N台挂掉，这个算法就失效了。这个原理是基于Paxos算法

（2）在HA架构里面SecondaryNameNode这个冷备角色已经不存在了，为了保持standby NN时时的与主Active NN的元数据保持一致，他们之间交互通过一系列守护的轻量级进程JournalNode。

（3）任何修改操作在 Active NN上执行时，JN进程同时也会记录修改log到至少半数以上的JN中，这时 Standby NN 监测到JN 里面的同步log发生变化了会读取 JN 里面的修改log，然后同步到自己的的目录镜像树里面，如下图：

（4）当发生故障时，Active的 NN 挂掉后，Standby NN 会在它成为Active NN 前，读取所有的JN里面的修改日志，这样就能高可靠的保证与挂掉的NN的目录镜像树一致，然后无缝的接替它的职责，维护来自客户端请求，从而达到一个高可用的目的。

（5）QJM方式来实现HA的主要优势：

1、不需要配置额外的高共享存储，降低了复杂度和维护成本

3、系统鲁棒性(Robust:健壮)的程度是可配置

4、JN不会因为其中一台的延迟而影响整体的延迟，而且也不会因为JN的数量增多而影响性能（因为NN向JN发送日志是并行的）

1、每个NN改变状态的时候，向DN发送自己的状态和一个序列号

2、DN在运行过程中维护此序列号，当failover时，新的NN在返回DN心跳时会返回自己的active状态和一个更大的序列号。DN接收到这个返回则认为该NN为新的active

3、如果这时原来的active NN恢复，返回给DN的心跳信息包含active状态和原来的序列号，这时DN就会拒绝这个NN的命令

（2）客户端fencing：确保只有一个NN能响应客户端请求，让访问standby nn的客户端直接失败。在RPC层封装了一层，通过FailoverProxyProvider以重试的方式连接NN。通过若干次连接一个NN失败后尝试连接新的NN，对客户端的影响是重试的时候增加一定的延迟。客户端可以设置重试此时和时间。

1、健康监测：周期性的向它监控的NN发送健康探测命令，从而来确定某个NameNode是否处于健康状态，如果机器宕机，心跳失败，那么zkfc就会标记它处于一个不健康的状态。

2、会话管理：如果NN是健康的，zkfc就会在zookeeper中保持一个打开的会话，如果NameNode同时还是Active状态的，那么zkfc还会在Zookeeper中占有一个类型为短暂类型的znode，当这个NN挂掉时，这个znode将会被删除，然后备用的NN，将会得到这把锁，升级为主NN，同时标记状态为Active。

3、当宕机的NN新启动时，它会再次注册zookeper，发现已经有znode锁了，便会自动变为Standby状态，如此往复循环，保证高可靠，需要注意，目前仅仅支持最多配置2个NN

4、master选举：如上所述，通过在zookeeper中维持一个短暂类型的znode，来实现抢占式的锁机制，从而判断那个NameNode为Active状态。

单Active NN的架构使得HDFS在集群扩展性和性能上都有潜在的问题，当集群大到一定程度后，NN进程使用的内存可能会达到上百G，NN成为了性能的瓶颈

常用的估算公式为1G对应1百万个块，按缺省块大小计算的话，大概是64T (这个估算比例是有比较大的富裕的，其实，即使是每个文件只有一个块，所有元数据信息也不会有1KB/block)

（1）多个NN共用一个集群里的存储资源，每个NN都可以单独对外提供服务

（2）每个NN都会定义一个存储池，有单独的id，每个DN都为所有存储池提供存储

（3）DN会按照存储池id向其对应的NN汇报块信息，同时，DN会向所有NN汇报本地存储可用资源情况

（4）如果需要在客户端方便的访问若干个NN上的资源，可以使用客户端挂载表，把不同的目录映射到不同的NN，但NN上必须存在相应的目录

1、改动最小，向前兼容；现有的NN无需任何配置改动；如果现有的客户端只连某台NN的话，代码和配置也无需改动

2、分离命名空间管理和块存储管理

3、客户端挂载表：通过路径自动对应NN、使Federation的配置改动对应用透明

如今Apache Hadoop已成为大数据行业发展背后的驱动力。Hive和Pig等技术也经常被提到，但是他们都有什么功能，为什么会需要奇怪的名字（如Oozie，ZooKeeper、Flume）。

Hadoop带来了廉价的处理大数据（大数据的数据容量通常是10-100GB或更多，同时数据种类多种多样，包括结构化、非结构化等）的能力。但这与之前有什么不同？

现今企业数据仓库和关系型数据库擅长处理结构化数据，并且可以存储大量的数据。但成本上有些昂贵。这种对数据的要求限制了可处理的数据种类，同时这种惯性所带的缺点还影响到数据仓库在面对海量异构数据时对于敏捷的探索。这通常意味着有价值的数据源在组织内从未被挖掘。这就是Hadoop与传统数据处理方式最大的不同。

本文就重点探讨了Hadoop系统的组成部分，并解释各个组成部分的功能。

Google的网络搜索引擎在得益于算法发挥作用的同时，MapReduce在后台发挥了极大的作用。MapReduce框架成为当今大数据处理背后的最具影响力的“发动机”。除了Hadoop，你还会在MapReduce上发现MPP（Sybase IQ推出了列示数据库）和NoSQL（如Vertica和MongoDB）。

MapReduce的重要创新是当处理一个大数据集查询时会将其任务分解并在运行的多个节点中处理。当数据量很大时就无法在一台服务器上解决问题，此时分布式计算优势就体现出来。将这种技术与Linux服务器结合可获得性价比极高的替代大规模计算阵列的方法。Yahoo在2006年看到了Hadoop未来的潜力，并邀请Hadoop创始人Doug Cutting着手发展Hadoop技术，在2008年Hadoop已经形成一定的规模。Hadoop项目再从初期发展的成熟的过程中同时吸纳了一些其他的组件，以便进一步提高自身的易用性和功能。

以上我们讨论了MapReduce将任务分发到多个服务器上处理大数据的能力。而对于分布式计算，每个服务器必须具备对数据的访问能力，这就是HDFS（Hadoop Distributed File System）所起到的作用。

HDFS与MapReduce的结合是强大的。在处理大数据的过程中，当Hadoop集群中的服务器出现错误时，整个计算过程并不会终止。同时HFDS可保障在整个集群中发生故障错误时的数据冗余。当计算完成时将结果写入HFDS的一个节点之中。HDFS对存储的数据格式并无苛刻的要求，数据可以是非结构化或其它类别。相反关系数据库在存储数据之前需要将数据结构化并定义架构。

开发人员编写代码责任是使数据有意义。Hadoop MapReduce级的编程利用Java APIs，并可手动加载数据文件到HDFS之中。

对于开发人员，直接使用Java APIs可能是乏味或容易出错的，同时也限制了Java程序员在Hadoop上编程的运用灵活性。于是Hadoop提供了两个解决方案，使得Hadoop编程变得更加容易。

?Pig是一种编程语言，它简化了Hadoop常见的工作任务。Pig可加载数据、表达转换数据以及存储最终结果。Pig内置的操作使得半结构化数据变得有意义（如日志文件）。同时Pig可扩展使用Java中添加的自定义数据类型并支持数据转换。

Pig和Hive总是令人困惑的。Hive更适合于数据仓库的任务，Hive主要用于静态的结构以及需要经常分析的工作。Hive与SQL相似促使其成为Hadoop与其他BI工具结合的理想交集。Pig赋予开发人员在大数据集领域更多的灵活性，并允许开发简洁的脚本用于转换数据流以便嵌入到较大的应用程序。Pig相比Hive相对轻量，它主要的优势是相比于直接使用Hadoop Java APIs可大幅削减代码量。正因为如此，Pig仍然是吸引大量的软件开发人员。

Hadoop核心还是一套批处理系统，数据加载进HDFS、处理然后检索。对于计算这或多或少有些倒退，但通常互动和随机存取数据是有必要的。HBase作为面向列的数据库运行在HDFS之上。HBase以Google BigTable为蓝本。项目的目标就是快速在主机内数十亿行数据中定位所需的数据并访问它。HBase利用MapReduce来处理内部的海量数据。同时Hive和Pig都可以与HBase组合使用，Hive和Pig还为HBase提供了高层语言支持，使得在HBase上进行数据统计处理变的非常简单。

但为了授权随机存储数据，HBase也做出了一些限制：例如Hive与HBase的性能比原生在HDFS之上的Hive要慢4-5倍。同时HBase大约可存储PB级的数据，与之相比HDFS的容量限制达到30PB。HBase不适合用于ad-hoc分析，HBase更适合整合大数据作为大型应用的一部分，包括日志、计算以及时间序列数据。

Sqoop和Flume可改进数据的互操作性和其余部分。Sqoop功能主要是从关系数据库导入数据到Hadoop，并可直接导入到HFDS或Hive。而Flume设计旨在直接将流数据或日志数据导入HDFS。

Hive具备的友好SQL查询是与繁多数据库的理想结合点，数据库工具通过JDBC或ODBC数据库驱动程序连接。

随着越来越多的项目加入Hadoop大家庭并成为集群系统运作的一部分，大数据处理系统需要负责协调工作的的成员。随着计算节点的增多，集群成员需要彼此同步并了解去哪里访问服务和如何配置，ZooKeeper正是为此而生的。

而在Hadoop执行的任务有时候需要将多个Map/Reduce作业连接到一起，它们之间或许批次依赖。Oozie组件提供管理工作流程和依赖的功能，并无需开发人员编写定制的解决方案。

Ambari是最新加入Hadoop的项目，Ambari项目旨在将监控和管理等核心功能加入Hadoop项目。Ambari可帮助系统管理员部署和配置Hadoop，升级集群以及监控服务。还可通过API集成与其他的系统管理工具。

各类组织需求的不同导致相关的数据形形色色，对这些数据的分析也需要多样化的方法。Mahout提供一些可扩展的机器学习领域经典算法的实现，旨在帮助开发人员更加方便快捷地创建智能应用程序。Mahout包含许多实现，包括集群、分类、推荐过滤、频繁子项挖掘。

通常情况下，Hadoop应用于分布式环境。就像之前Linux的状况一样，厂商集成和测试Apache Hadoop生态系统的组件，并添加自己的工具和管理功能。（李智/编译）