4 HRegion是Hbase中分布式存储和负载均衡的最小单元。最小单元就表示不同的Hregion可以分布在不同的HRegion server上。但一个Hregion是不会拆分到多个server上的。
5 HRegion虽然是分布式存储的最小单元,但并不是存储的最小单元。
事实上,HRegion由一个或者多个Store组成,每个store保存一个columns family。
每个Strore又由一个memStore和0至多个StoreFile组成。如图:
StoreFile以HFile格式保存在HDFS上。
HFile的格式为:
HFile分为六个部分:
Data Block 段–保存表中的数据,这部分可以被压缩
Meta Block 段 (可选的)–保存用户自定义的kv对,可以被压缩。
File Info 段–Hfile的元信息,不被压缩,用户也可以在这一部分添加自己的元信息。
Data Block Index 段–Data Block的索引。每条索引的key是被索引的block的第一条记录的key。
Meta Block Index段 (可选的)–Meta Block的索引。
Trailer–这一段是定长的。保存了每一段的偏移量,读取一个HFile时,会首先读取Trailer,Trailer保存了每个段的起始 位置(段的Magic Number用来做安全check),然后,DataBlock Index会被读取到内存中,这样,当检索某个key时,不需要扫描整个HFile,而只需从内存中找到key所在的block,通过一次磁盘io将整个 block读取到内存中,再找到需要的key。DataBlock Index采用LRU机制淘汰。
HFile的Data Block,Meta Block通常采用压缩方式存储,压缩之后可以大大减少网络IO和磁盘IO,随之而来的开销当然是需要花费cpu进行压缩和解压缩。
目标Hfile的压缩支持两种方式:Gzip,Lzo。
HLog(WAL log)
WAL 意为Write ahead log(),类似mysql中的binlog,用来 做灾难恢复只用,Hlog记录数据的所有变更,一旦数据修改,就可以从log中进行恢复。
每个Region Server维护一个Hlog,而不是每个Region一个。这样不同region(来自不同table)的日志会混在一起,这样做的目的是不断追加单个 文件相对于同时写多个文件而言,可以减少磁盘寻址次数,因此可以提高对table的写性能。带来的麻烦是,如果一台region server下线,为了恢复其上的region,需要将region server上的log进行拆分,然后分发到其它region server上进行恢复。
HLog文件就是一个普通的Hadoop Sequence File,Sequence File 的Key是HLogKey对象,HLogKey中记录了写入数据的归属信息,除了table和region名字外,同时还包括 sequence number和timestamp,timestamp是”写入时间”,sequence number的起始值为0,或者是最近一次存入文件系统中sequence number。HLog Sequece File的Value是Hbase的KeyValue对象,即对应HFile中的KeyValue,可参见上文描述。
四、系统架构
Client
1 包含访问Hbase的接口,client维护着一些cache来加快对Hbase的访问,比如regione的位置信息。
Zookeeper
1 保证任何时候,集群中只有一个master
2 存贮所有Region的寻址入口。
3 实时监控Region Server的状态,将Region server的上线和下线信息实时通知给Master
4 存储Hbase的schema,包括有哪些table,每个table有哪些column family
Master
1 为Region server分配region
2 负责region server的负载均衡
3 发现失效的region server并重新分配其上的region
4 GFS上的垃圾文件回收
5 处理schema更新请求
Region Server
1 Region server维护Master分配给它的region,处理对这些region的IO请求
2 Region server负责切分在运行过程中变得过大的region
可以看到,client访问Hbase上数据的过程并不需要master参与(寻址访问zookeeper和region server,数据读写访问regione server),master仅仅维护者table和region的元数据信息,负载很低。
五、关键算法/流程
region定位
系统如何找到某个row key (或者某个 row key range)所在的region
bigtable 使用三层类似B+树的结构来保存region位置。
第一层是保存zookeeper里面的文件,它持有root region的位置。
第二层root region是.META.表的第一个region其中保存了.META.z表其它region的位置。通过root region,我们就可以访问.META.表的数据。
.META.是第三层,它是一个特殊的表,保存了Hbase中所有数据表的region 位置信息。
说明:
1 root region永远不会被split,保证了最需要三次跳转,就能定位到任意region 。
2.META.表每行保存一个region的位置信息,row key 采用表名+表的最后一样编码而成。
3 为了加快访问,.META.表的全部region都保存在内存中。
假设,.META.表的一行在内存中大约占用1KB。并且每个region限制为128MB。
那么上面的三层结构可以保存的region数目为:
(128MB/1KB) * (128MB/1KB) = = 2(34)个region