hbase学习笔记（1）——hbase体系结构，

HBase体系结构

HBase的服务器体系结构遵从简单的主从服务器架构，它由HRegion Server群和HBase Master Server构成。
HBase Master Server负责管理所有的HRegion Server，而HBase中所有的服务器都是通过ZooKeeper来进行协调并处理HBase服务器运行期间可能遇到的错误。
HBase Master本身并不存储HBase中的任何数据，HBase逻辑上的表可能会被划分成多个HRegion，然后存储到HRegion服务器群中。
HBase Master服务器中存储的是从数据到HRegion服务器的映射。
HBase体系结构如下图：

HRegion

当表的大小超过设置值的时候，HBase会自动将表划分为不同的区域，每个区域包含所有行的一个子集。对用户来说，每个表是一堆数据的集合，靠主键来区分。从物理上来说，一张表是被拆分成多块，每块就是一个HRegion。
我们用表名+开始/结束主键来区分每一个HRegion。一个HRegion会保存一个表里面某段连续的数据，从开始主键到结束主键，一张完整的表格是保存在多个HRegion上面的。

HRegion服务器

所有的数据库数据一般是保存在Hadoop分布式文件系统（HDFS）上面的，用户通过一系列HRegion服务器获取这些数据。一台机器上一般只运行一个HRegion服务器，而且每一个区段的HRegion也只会被一个HRegion服务器维护。
HRegion服务器包括两大部分：HLOG部分和HRegion部分。
其中HLOG用来存储数据日志，采用的是先写日志的方式（Write-ahead log）。
HRegion部分由很多的HRegion组成，存储的是实际的数据。每一个HRegion又由很多的Store组成，每一个Store存储的实际上是一个列族（ColumnFamily）下的数据。
此外，每一个HSore中包含一块MemStore。MemStore驻留在内存中，数据来到时首先更新到MemStore中，当到达阀值之后再更新到对应的StoreFile（又名HFile）中。
每一个Store包含了多个StoreFile，StoreFile负责的是实际的数据存储，为HBase中最小的存储单元。
HBase中不涉及数据的直接删除和更新操作，所有的数据均通过追加的方式进行更新。数据的删除和更新在HBase合并（compact）的时候进行。当Store中StoreFile的数量超过设定的阀值时将触发合并操作，该操作会把多个StoreFile文件合并成一个StoreFile。
当用户需要更新数据的时候，数据会被分配到对应的HRegion服务器上提交修改。数据首先被提交到HLOG文件里面，在写入HLOG之后，commit()调用才会将其返回给客户端。HLOG文件用于故障恢复。例如某一台HRegionServer发生故障时，那么它所维护的HRegion会被重新分配到新的机器上。这时HLOG会按照HRegion进行划分。新的机器在加载HRegion的时候可以通过HLOG对数据进行恢复。
当一个HRegion变得过于巨大、超过了设定的阀值时，HRegion服务器会调用HRegion.closeAndSplit()，将此HRegion拆分为两个，并且报告主服务器让它决定由哪台HRegion服务器来存放新的HRegion。
这个拆分过程十分迅速，因为两个新的HRegion最初只是保留原来HRegionFile文件的引用。这时旧的HRegion会处于停止服务的状态，当新的HRegion拆分完成并且把引用删除了以后，旧的HRegion才会删除。
另外，两个HRegion可以通过调用HRegion.closeAndMerge()合并成一个新的HRegion，当前版本下进行此操作需要两台HRegion服务器都停机。

HBase Master服务器

每台HRegion服务器都会和HMaster服务器通信，HMaster的主要任务就是告诉每个HRegion服务器它要维护哪些HRegion。
当一台新的HRegion服务器登录到HMaster服务器时，HMaster会告诉它先等待分配数据。当一台HRegion死机时，HMaster会把它负责的HRegion标记为未分配，然后再把它们分配到其它HRegion服务器中。
如果当前HBase已经解决了之前存在的SPFO（单点故障），并且HBase总可以启动多个HMaster，那么它就能通过Zookeeper来保证系统中总有一个Master在运行。
HMaster在功能上主要负责Table和HRegion的管理工作，具体包括：

• 管理用户对table的增、删、改、查操作；
• 管理HRegion服务器的负载均衡，调整HRegion分布；
• 在HRegion分裂后，负责新HRegion的分配；
• 在HRegion服务器停机后，负责失效HRegion服务器上的HRegion迁移。

ROOT表和META表

HRegion是按照表名和主键范围来区分，由于主键范围是连续的，所以一般用开始主键就可以表示相应的HRegion。 但是，因为我们有合并和分割操作，如果正好在执行这些操作的过程中出现死机，那么就可能存在多份表名和开始主键相同的数据，这样的话只有开始主键就不够了，这就需要通过HBase的元数据信息来区分那一份才是正确的数据文件，为了区分这样的情况，每个HRegion都有一个‘regionId’来标识它的唯一性。
所以，一个HRegion的唯一标识为：表名+开始主键+唯一ID（tableName+startKey+regionId）。通过这个标识符来区分不同的HRegion，这些数据就是元数据（META），而元数据本身也是被保存在HRegion里面的，所以我们称这个表为元数据表（META Table），里面保存的就是HRegion标识符和实际HRegion服务器的映射关系。
META表也会增长，并且可能被分割成几个HRegion，为了定位这些HRegion，我们采用一个ROOT表，它保存了所有META表的位置，且ROOT表是不能被分割的，永远只存在一个HRegion。
在HBase启动的时候，HMaster就会扫描ROOT表，因为这个表只会有一个HRegion，所以这个HRegion的名字是被写死的。当然要把ROOT表分配到一个HRegion服务器中需要一定的时间。
当ROOT表被分配好之后，HMaster就会扫描ROOT表，获取META表的名字和位置，然后把META表分配到不同的HRegion服务器中，最后就是扫描META表，找到所有HRegion区域的信息，把它们分配给不同的HRegion服务器。
HMaster在内存中保存着当前活跃的HRegion服务器的数据，因此如果HMaster死机，整个系统也就无法访问了，这时服务器的信息也就必要保存到文件里面了。
ROOT表和META表的每一行都包含一个列族（info列族）：

• info:regioninfo 包含了一个串行化的HRegionInfo对象。
• info:server 保存了一个字符串，是服务器的地址HServerAddress.toString()。
• info:startcode 是一个长整型的数字字符串，它是在HRegion服务器启动的时候传给HMaster的，让HMaster确定这个HRegion服务器的信息有没有更改。

因此，当一个客户端拿到ROOT表地址后，就没有不要再连接HMaster了，HMaster的负载相对就小了很多。它只会处理超时的HRegion服务器，并在启动的时候扫描ROOT表和META表，以及返回ROOT表的HRegion服务器地址。
ROOT表包含META表所在的区域列表，META表包含所有用户的空间区域列表，以及HRegion服务器地址。客户端能够缓存所有已知的ROOT表和META表，从而提高访问的效率。

ZooKeeper

ZooKeeper存储的是HBase中ROOT表和META表的位置。
此外，ZooKeeper还负责监控各个机器的状态（每台机器到ZooKeeper中注册一个实例）。当某台及其发生故障的时，ZooKeeper会第一时间感知到，并通知HBase Master进行相应的处理。
同时，当HBase Master发生故障的时候，ZooKeeper还负责HBase Master的恢复工作，能够保证在同一时刻系统中只有一台HBase Master提供服务。