统一命名空间

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本页总结了如何在Alluxio文件系统名称空间中管理不同的底层存储系统。

介绍

Alluxio通过使用透明的命名机制和挂载API来实现有效的跨不同底层存储系统的数据管理。

统一命名空间

Alluxio提供的主要好处之一是为应用程序提供统一命名空间。 通过统一命名空间的抽象,应用程序可以通过统一命名空间和接口来访问多个独立的存储系统。 与其与每个独立的存储系统进行通信,应用程序可以只连接到Alluxio并委托Alluxio来与不同的底层存储通信。

unified

master配置属性alluxio.master.mount.table.root.ufs指定的目录挂载到Alluxio命名空间根目录,该目录代表Alluxio 的”primary storage”。在此基础上,用户可以通过挂载API添加和删除数据源。

void mount(AlluxioURI alluxioPath, AlluxioURI ufsPath);
void mount(AlluxioURI alluxioPath, AlluxioURI ufsPath, MountOptions options);
void unmount(AlluxioURI path);
void unmount(AlluxioURI path, UnmountOptions options);

例如,可以通过以下方式将一个新的S3存储桶挂载到Data目录中

mount(new AlluxioURI("alluxio://host:port/Data"), new AlluxioURI("s3://bucket/directory"));

UFS命名空间

除了Alluxio提供的统一命名空间之外,每个已挂载的基础文件系统 在Alluxio命名空间中有自己的命名空间; 称为UFS命名空间。 如果在没有通过Alluxio的情况下更改了UFS名称空间中的文件, UFS命名空间和Alluxio命名空间可能不同步的情况。 发生这种情况时,需要执行UFS元数据同步操作才能重新使两个名称空间同步。

透明命名机制

透明命名机制保证了Alluxio和底层存储系统命名空间身份一致性。

transparent

当用户在Alluxio命名空间创建对象时,可以选择这些对象是否要在底层存储系统中持久化。对于需要持久化的对象, Alluxio会保存底层存储系统存储这些对象的路径。例如,一个用户在根目录下创建了一个Users目录及AliceBob两个子目录,底层存储系统也会保存相同的目录结构和命名。类似地,当用户在 Alluxio命名空间中对一个持久化的对象进行重命名或者删除操作时,底层存储系统中也会对其执行相同的重命名或删除操作。

Alluxio能够透明发现底层存储系统中并非通过Alluxio创建的内容。例如,底层存储系统中包含一个Data文件夹, 其中包含ReportsSales文件,都不是通过Alluxio创建的,当它们第一次被访问时,如用户请求打开文 件,Alluxio会自动加载这些对象的元数据。然而在该过程中Alluxio不会加载文件内容数据,若要将其内容加载到Alluxio, 可以用FileInStream来读数据,或者通过Alluxio Shell中的load命令。

挂载底层存储系统

定义Alluxio命名空间和UFS命名空间之间的关联是通过将底层存储系统挂载到Alluxio文件系统命名空间的机制完成的。 在Alluxio中挂载底层存储与在Linux文件系统中挂载一个卷类似。 mount命令将UFS挂载到Alluxio命名空间中文件系统树。

根挂载点

Alluxio命名空间的根挂载点是在masters上’conf/alluxio-site.properties’中配置的。 下一行是一个配置样例,一个HDFS路径挂载到 Alluxio命名空间根目录。

alluxio.master.mount.table.root.ufs=hdfs://HDFS_HOSTNAME:8020

使用配置前缀来配置根挂载点的挂载选项:

alluxio.master.mount.table.root.option.<some alluxio property>

例如,以下配置为根挂载点添加AWS凭证。

alluxio.master.mount.table.root.option.s3a.accessKeyId=<AWS_ACCESS_KEY_ID>
alluxio.master.mount.table.root.option.s3a.secretKey=<AWS_SECRET_ACCESS_KEY>

以下配置显示了如何为根挂载点设置其他参数。

alluxio.master.mount.table.root.option.alluxio.security.underfs.hdfs.kerberos.client.principal=client
alluxio.master.mount.table.root.option.alluxio.security.underfs.hdfs.kerberos.client.keytab.file=keytab
alluxio.master.mount.table.root.option.alluxio.security.underfs.hdfs.impersonation.enabled=true
alluxio.master.mount.table.root.option.alluxio.underfs.version=2.7

嵌套挂载点

除了根挂载点之外,其他底层文件系统也可以挂载到Alluxio命名空间中。 这些额外的挂载点可以通过mount命令在运行时添加到Alluxio。 --option选项允许用户传递挂载操作的附加参数,如凭证。

# the following command mounts an hdfs path to the Alluxio path `/mnt/hdfs`
$ ./bin/alluxio fs mount /mnt/hdfs hdfs://host1:9000/data/
# the following command mounts an s3 path to the Alluxio path `/mnt/s3` with additional options specifying the credentials
$ ./bin/alluxio fs mount \
  --option s3a.accessKeyId=<accessKeyId> --option s3a.secretKey=<secretKey> \
  /mnt/s3 s3://data-bucket/

注意,挂载点也允许嵌套。 例如,如果将UFS挂载到 alluxio:///path1,可以在alluxio:///path1/path2处挂载另一个UFS。

使用特定版本挂载UFS

Alluxio支持挂载特定不同版本HDFS。 因此,用户可以将不同版本的HDFS挂载到同一个Alluxio命名空间中。 有关更多详细信息,请参考HDFS底层存储

Alluxio和UFS命名空间之间的关系

Alluxio提供了一个统一的命名空间,充当一个或多个底层文件存储系统的数据缓存层。 本节讨论Alluxio如何与底层文件系统交互来发现和通过Alluxio呈现这些文件。

通过Alluxio访问UFS文件的与直接通过UFS访问文件的相同。 如果UFS根目录是s3://bucket/data,则列出alluxio:///下内容应该与列出s3://bucket/data相同。 在alluxio:///file上运行cat的结果应与在s3://bucket/data/file上运行cat的结果相同。

Alluxio按需从UFS加载元数据。 在上面的示例中,Alluxio在启动时并没有有关s3://bucket/data/file的信息。 直到当用户试图列出alluxio:///或尝试使用cat alluxio:///file时,才发现该文件。 这样好处是可以防止在安装新的UFS时进行不必要的文件发现工作。

默认情况下,* Alluxio预期所有对底层文件系统修改都是通过Alluxio 来进行的*。 这样Alluxio只需扫描每个UFS目录一次,从而在UFS元数据操作很慢情况下显著提高性能。 当出现在Alluxio之外对UFS进行更改的情况下, 就需要用元数据同步功能用于同步两个命名空间。

UFS元数据同步

UFS元数据同步功能新增自版本1.7.0

当Alluxio扫描UFS目录并加载其子目录元数据时, 它将创建元数据的副本,以便将来无需再从UFS加载。 元数据的缓存副本将根据 alluxio.user.file.metadata.sync.interval客户端属性配置的间隔段刷新。 此属性适用于客户端操作。 例如,如果客户执行一个命令基于间隔设置为一分钟的配置, 如果最后一次刷新是在一分钟之前,则相关元数据将据UFS刷新。 设值为0表示针对每个操作都会进行实时元数据同步, 而默认值-1表示在初始加载后不会再重新同步元数据。

低间隔值使Alluxio客户端可以快速发现对UFS的外部修改, 但由于导致调用UFS的次数增加,因此是以降低性能为代价的。

元数据同步会保留每个UFS文件的指纹记录,以便Alluxio可以在文件更改时做出相应更新。 指纹记录包括诸如文件大小和上次修改时间之类的信息。 如果在UFS中修改了文件,Alluxio将通过指纹检测到该修改,释放现有文件 元数据,然后重新加载更新文件的元数据。 如果在UFS中添加或删除了文件,Alluxio还将更新对其命名空间中的元数据做出相应刷新。

用于管理UFS同步的方法

定期元数据同步

如果UFS按计划的间隔更新,可以在更新后手动触发sync命令。 运行以下命令将同步间隔设置为0

$ ./bin/alluxio fs ls -R -Dalluxio.user.file.metadata.sync.interval=0 /path/to/sync

集中配置

对于使用来自频繁更新的UFS数据的集群作业, 每个客户端指定一个同步间隔很不方便。 如果在master配置中设置了同步间隔,所有请求都将以默认的同步间隔来处理。

在master点上的alluxio-site.properties中设置:

alluxio.user.file.metadata.sync.interval=1m

注意,需要重新启动master节点以便启用新配置。

其他加载新UFS文件的方法

建议使用前面讨论的UFS同步的方法来同步UFS中的更改。 这是是其他一些加载文件的方法:

*alluxio.user.file.metadata.load.type:此客户端属性可以设置为 ALWAYSONCENEVER。此属性类似alluxio.user.file.metadata.sync.interval, 但有注意事项: 1.它只会发现新文件,不会重新加载修改或删除的文件。 1.它仅适用于existslistgetStatus RPC。

`ALWAYS`配置意味者总会检查UFS中是否有新文件,`ONCE`将使用默认值 仅扫描每个目录一次,而`NEVER`配置下Alluxio根本不会 扫描新文件。

*alluxio fs ls -f /path:ls-f选项相当于设置 alluxio.user.file.metadata.load.typeALWAYS。它将发现新文件,但 不检测修改或删除的UFS文件。 要检测修改或删除的UFS文件的唯一方法是通过传递 -Dalluxio.user.file.metadata.sync.interval=0选项给ls

示例

以下示例假设Alluxio源代码在${ALLUXIO_HOME}文件夹下,并且有一个本地运行的Alluxio进程。

透明命名

先在本地文件系统中创建一个将作为底层存储挂载的临时目录:

$ cd /tmp
$ mkdir alluxio-demo
$ touch alluxio-demo/hello

将创建的目录挂载到Alluxio命名空间中,并确认挂载后的目录在Alluxio中存在:

$ cd ${ALLUXIO_HOME}
$ ./bin/alluxio fs mount /demo file:///tmp/alluxio-demo
Mounted file:///tmp/alluxio-demo at /demo
$ ./bin/alluxio fs ls -R /
... # note that the output should show /demo but not /demo/hello

验证对于不是通过Alluxio创建的内容,当第一次被访问时,其元数据被加载进入了Alluxio中:

$ ./bin/alluxio fs ls /demo/hello
... # should contain /demo/hello

在挂载目录下创建一个文件,并确认在底层文件系统中该文件也被以同样名字创建了:

$ ./bin/alluxio fs touch /demo/hello2
/demo/hello2 has been created
$ ls /tmp/alluxio-demo
hello hello2

在Alluxio中重命名一个文件,并验证在底层文件系统中该文件也被重命名了:

$ ./bin/alluxio fs mv /demo/hello2 /demo/world
Renamed /demo/hello2 to /demo/world
$ ls /tmp/alluxio-demo
hello world

在Alluxio中删除一个文件,然后确认该文件是否在底层文件系统中也被删除了:

$ ./bin/alluxio fs rm /demo/world
/demo/world has been removed
$ ls /tmp/alluxio-demo
hello

卸载该挂载目录,并确认该目录已经在Alluxio命名空间中被删除,但该目录依然保存在底层文件系统中。

$ ./bin/alluxio fs unmount /demo
Unmounted /demo
$ ./bin/alluxio fs ls -R /
... # should not contain /demo
$ ls /tmp/alluxio-demo
hello

HDFS元数据主动同步

在2.0版中,引入了一项新功能,用于在UFS为HDFS时保持Alluxio空间与UFS之间的同步。 该功能称为主动同步,可监听HDFS事件并以master上后台任务方式定期在UFS和Alluxio命名空间之间同步元数据。 由于主动同步功能取决于HDFS事件,因此仅当UFS HDFS版本高于2.6.1时,此功能才可用。 你可能需要在配置文件中更改alluxio.underfs.version的值。 有关所支持的Hdfs版本的列表,请参考HDFS底层存储

要在一个目录上启用主动同步,运行以下Alluxio命令。

$ ./bin/alluxio fs startSync /syncdir

可以通过更改alluxio.master.ufs.active.sync.interval选项来控制主动同步间隔,默认值为30秒。

要在一个目录上停止使用主动同步,运行以下Alluxio命令。

$ ./bin/alluxio fs stopSync /syncdir

注意:发布startSync时,就预定了对同步点进行完整扫描。 如果以Alluxio超级用户身份运行,stopSync将中断所有尚未结束的完整扫描。 如果以其他用户身份运行,stopSync将等待完整扫描完成后再执行。

可以使用以下命令检查哪些目录当前处于主动同步状态。

$ ./bin/alluxio fs getSyncPathList

主动同步的静默期

主动同步会尝试避免在目标目录被频繁使用时进行同步。 它会试图在UFS活动期寻找一个静默期,再开始UFS和Alluxio空间之间同步,以避免UFS繁忙时使其过载。 有两个配置选项来控制此特性。

alluxio.master.ufs.active.sync.max.activities是UFS目录中的最大活动数。 活动数的计算是基于目录中事件数的指数移动平均值的启发式方法。 例如,如果目录在过去三个时间间隔中有100、10、1个事件。 它的活动为100/10 * 10 + 10/10 + 1 = 3 alluxio.master.ufs.active.sync.max.age是在同步UFS和Alluxio空间之前将等待的最大间隔数。

系统保证如果目录”静默”或长时间未同步(超过最大期限),我们将开始同步该目录。

例如,以下设置

alluxio.master.ufs.active.sync.interval=30sec
alluxio.master.ufs.active.sync.max.activities=100
alluxio.master.ufs.active.sync.max.age=5

表示系统每隔30秒就会计算一次此目录的事件数, 并计算其活动。 如果活动数少于100,则将其视为一个静默期,并开始同步 该目录。 如果活动数大于100,并且在最近5个时间间隔内未同步,或者 5 * 30 = 150秒,它将开始同步目录。 如果活动数大于100并且至少已在最近5个间隔中同步过一次,将不会执行主动同步。

统一命名空间

此示例将安装多个不同类型的底层存储,以展示统一文件系统命名空间的抽象作用。 本示例将使用属于不同AWS账户和一个HDSF服务的两个S3存储桶。

使用相对应凭证<accessKeyId1><secretKey1>将第一个S3存储桶挂载到Alluxio中:

$ ./bin/alluxio fs mkdir /mnt
$ ./bin/alluxio fs mount \
  --option s3a.accessKeyId=<accessKeyId1> \
  --option s3a.secretKey=<secretKey1> \
  /mnt/s3bucket1 s3://data-bucket1/

使用相对应凭证’’和’ ’将第二个S3存储桶挂载到Alluxio:

$ ./bin/alluxio fs mount \
  --option s3a.accessKeyId=<accessKeyId2> \
  --option s3a.secretKey=<secretKey2> \
  /mnt/s3bucket2 s3://data-bucket2/

将HDFS存储挂载到Alluxio:

$ ./bin/alluxio fs mount /mnt/hdfs hdfs://<NAMENODE>:<PORT>/

所有这三个目录都包含在Alluxio的一个命名空间中:

$ ./bin/alluxio fs ls -R /
... # should contain /mnt/s3bucket1, /mnt/s3bucket2, /mnt/hdfs

资源

  • 一篇博客文章,解释了统一命名空间
  • 关于[优化以加快元数据操作速度]的博客文章(https://www.alluxio.io/blog/how-to-speed-up-alluxio-metadata-operations-up-to-100x/)