HBase运维基础——元数据逆向修复原理

摘要：本文就运维的原理基础开始入手，重点讲解数据完整性，以及元数据逆向工程恢复数据完整性的原理方法。小结本文介绍了运维基础原理中的数据完整性以及逆向元数据修复原理，并举例介绍两个逆向修复元数据的工具和实用执行步骤。

背景
鉴于上次一篇文章——“云HBase小组成功抢救某公司自建HBase集群，挽救30+T数据”的读者反馈，对HBase的逆向工程比较感兴趣，并咨询如何使用相应工具进行运维等等。总的来说，就是想更深层理解HBase运维原理，提高运维HBase生产环境的能力，应对各种常见异常现象。不同的读者对hbase的了解程度不同，本文不打算着重编写一个工具怎么使用，而是从HBase的运维基础知识介绍开始讲解。为了能帮助大部分读者提高HBase运维能力，后续会写个“HBase运维系列” 专题系列文章。

相信很多自建HBase的企业会经常碰到各种各样的hbase运维问题。比如使用HBase的时候，HBase写入一段时间后开始RegionServer节点开始挂掉，重启RegionServer发现启动很慢，很多region出现RTI问题，导致读写某个region的业务hang住了 。还有一些人的HBase集群多次运维尝试后，直接HBase启动不了了，meta表上线就开始报错，导致最终业务不能正常上线运行等等系列问题。本文就HBase运维的原理基础开始入手，重点讲解数据完整性，以及元数据“逆向工程”恢复数据完整性的原理方法。开启后续一系列的HBase运维知识讲解。

HBase目录结构
本文就1.x版本进行讲解，不同版本大致相通。HBase在HDFS上会多带带使用一个目录为HBase文件目录的根目录，通常为 “/hbase”。基于这个目录下，会有以下目录组织结构：

/hbase/archive (1)
/hbase/corrupt (2) 
/hbase/data/default/TestTable/.tabledesc/.tableinfo.0000000001 (3)
/hbase/data/default/TestTable/fc06f27a6c5bc2ff57ea38018b4dd399/info/2e58b3e274ba4d889408b05e526d4b7b (4)
/hbase/data/default/TestTable/fc06f27a6c5bc2ff57ea38018b4dd399/recovered.edits/340.seqid (5)
/hbase/data/default/TestTable/fc06f27a6c5bc2ff57ea38018b4dd399/.regioninfo (6)
/hbase/data/default/TestTable/fc06f27a6c5bc2ff57ea38018b4dd399/.tmp (7)
/hbase/data/default/TestTable/fc06f27a6c5bc2ff57ea38018b4dd399/.splits (8)
/hbase/data/default/TestTable/fc06f27a6c5bc2ff57ea38018b4dd399/.merges (9)
/hbase/data/hbase/acl (10)
/hbase/data/hbase/meta (11)
/hbase/hbase.id (12)
/hbase/hbase.version (13)
/hbase/MasterProcWALs (14)
/hbase/oldWALs (15)
/hbase/.tmp (16)
/hbase/.trashtables/data (17)
/hbase/WALs/tins-donot-rm-test-hb1-004.hbase.9b78df04-b.rds.aliyuncs.com,16020,1523502350378/tins-donot-rm-test-hb1-004.hbase.9b78df04-b.rds.aliyuncs.com%2C16020%2C1523502350378.default.1524538284034 (18)

(1) 进行snapshot或者升级的时候使用到的归档目录。compaction删除hfile的时候，也会把就的hfile归档到这里等。

(2) splitlog的corrupt目录，以及corrupt hfile的目录。

(3) 表的基本属性信息元文件tableinfo。

(4) 对应表下的hfile数据文件。
(5) 当splitlog发生时，一个RS的wal会按照region级别split WALs写到对应目录下的的recovered.edits目录上，使得此region再次被open的时候，回放这些recovered.edits 日志。

(6) regioninfo文件。

(7) compaction等的临时tmp目录。

(8) split时临时目录，如果上次region的split没有完成被中断了，这个region再open的时候会自动清理这个目录，一般不需要人工干预。

(9) merges时的临时目录，和split一样，如果没有正常完成的时候被中断了，那么他会在下次被open的时候自动清理。一般也不需要人工干预。

(10) acl 开启HBase权限控制时的权限记录系统表

(11) meta 元数据表，记录region相关信息

(12) hbase.id 集群启动初始化的时候，创建的集群唯一id。可以重新fix生成
(13) hbase.version hbase 软件版本文件，代码静态版本，现在都是8
(14) master执行过程程序的状态保存，用于中断恢复执行使用。

(15) oldWALs 历史wal，即wal记录的数据已经确认持久化了，那么这些wal就会被移到这里。splitlog完成的那些就日志，也会被放到这里。

(16) tmp 临时辅助目录，比如写一个hbase.id文件，在这里写成功后，rename到 /hbase/hbase.id

(17) /hbase/.trashtables/data 当truncate table或者delete table的时候，这些数据会临时放在这里，默认1小时内被清

(18) 记录着一台RegionServer上的WAL日志文件。可以看到它是regionserver名字是有时间的，即下一次启动时RS的wal目录就会使用新的目录结构存放wal，这个旧的RS wal 目录就会被splitlog过程拆分回放

HDFS静态文件，HDFS上的HBase 数据完整性

hfile文件：数据文件，目前最高版本也是默认常用版本为 3。 hfile文件结构细节可以参考官网http://hbase.apache.org/book....。我们这里逆向生成元数据主要使用到了HFile fileinfo的firstkey、lastkey信息。

hfilelink文件: 在hbase snapshot时用到, migration upgrade 也会使用到。很少碰到这类文件的运维问题，这里不作过多介绍。

reference文件：用来指定half hfile，一个region有reference时，这个region不能split。split/merge会创建这个。进行compaction后生成新的hfile后，会把这个reference删除。hfile的reference文件名格式一般是 hfile.parentEncRegion。如：/hbase/data/default/table/region-one/family/hfilename。其region-two有reference hfile文件名格式为：/hbase/data/default/table/region-two/family/hfile.region-one 通常无效引用就是 region-one的hfile不存在了，那么这个引用就会失效。他的修复方法一般是把reference无效的引用移除。

".regioninfo" 文件，保存着 endkey/offline标志/regionid/regionName/split标志/startkey/tablename等

tableinfo文件这类文件保存着 tableName/table属性信息/table级别config信息/family信息。其中family信息保存着 famliyName/famiy属性/famliy级别config信息等。

通常，table属性有：REGION_MEMSTORE_REPLICATION,PRIORITY,IS_ROOT_KEY等，一般这些属性默认也是根据配置的一样。family属性有：BLOCKSIZE,TTL，REPLICATION_SCOPE等，一般属性是根据配置使用默认的。

hbase:meta表数据内容格式

regionname, info:regioninfo, regioninfo的encodeValue值

regionname, info:seqnumDuringOpen, 序列号

regionname, info:server, region所在的server名

regionname, info:serverstartcode, regionserver 启动的timestamp

上述介绍的数据文件中，HBase的主要的元数据主要由meta表、tableinfo、regioninfo构成。这里的逆向生成元数据指的是，根据数据hfile数据文件，反向生成regioninfo/tableinfo/meta表的过程。

1. 逆向生成tableinfo文件

case1. 通过从master进程内存中的tabledescritor cache 完整恢复tableinfo文件，此时恢复的tableinfo是完整的，和之前的完全一样。

case2. 当cache中没有加载过此表的tableinfo时，修复过程只能从表的目录结构list所有familyNames 来恢复tableinfo，这个时候只能得到的是列簇的名字，恢复tableinfo文件内容中，除了表名、列簇名一致，其他的属性均采用默认值。这个时候如果运维人员知道有什么属性是自定义进去的，那么就需要要手动再次添加进去。

2. 逆向生成regioninfo文件

hfile 中的fileinfo读取firstkey/lastkey 排好序，得到region下所有hfile的最大rowkey和最小rowkey，并根据tableinfo中的表名 完整恢复 regioninfo文件。主要这里只能恢复 表明/startkey/endkey, 其他属性如：offline标志，regionName,split标志，hashcode等均使用代码生成或者配置的默认值。

3. 逆向填充meta表行

regioninfo文件序列化，填入meta表 info:regioninfo 列，并同时写入默认的server，等它被再次open的时候，重新分配region到实际的regionserver上，并更新这里的数据行。

逆向工程除了上面的直接文件、数据内容修复外，还涉及到数据的完整性其他方面修复。一个表示由无穷小的rowkey到无穷大的rowkey范围组成，还可能会发生的问题如：region空洞、region重叠现象，如：

如果有region空洞的时候，就会使用他们的空洞边界作为startkey/endkey，再修复创建一个region目录及目录下的regioninfo文件。如果是region重叠，则会把重叠的region进行合并，取所有region的最大最小rowkey作为merge后新region的最大最小rowkey。

元数据的缺少或者完整性有问题，会影响系统运行，甚至集群直接不可用。最常见的如 meta表上线失败，region 上线open失败等。这里介绍两个工具，​工具一: hbase hbck 在线修复完整性修复元数据信息，​工具二：OfflineMetaRepair 离线重建 hbase:meta 元数据表。

在线hbck修复：
​前提：HDFS fsck 确保 hbase跟目录下文件没有损坏丢失，如果有，则先进行corrupt block 移除。

​步骤1. hbase hbck 检查输出所以ERROR信息，每个ERROR都会说明错误信息。

​步骤2. hbase hbck -fixTableOrphones 先修复tableinfo缺失问题，根据内存cache或者hdfs table 目录结构，重新生成tableinfo文件。

​步骤3. hbase hbck -fixHdfsOrphones 修复regioninfo缺失问题，根据region目录下的hfile重新生成regioninfo文件

​步骤4. hbase hbck -fixHdfsOverlaps 修复region重叠问题，merge重叠的region为一个region目录，并从新生成一个regioninfo

​步骤5. hbase hbck -fixHdfsHoles 修复region缺失，利用缺失的rowkey范围边界，生成新的region目录以及regioninfo填补这个空洞。

​步骤6. hbase hbck -fixMeta 修复meta表信息，利用regioninfo信息，重新生成对应meta row填写到meta表中，并为其填写默认的分配regionserver

​步骤7. hbase hbck -fixAssignment 把这些offline的region触发上线，当region开始重新open 上线的时候，会被重新分配到真实的RegionServer上 , 并更新meta表上对应的行信息。

​

离线OfflineMetaRepair重建​：
前提：HDFS fsck 确保 hbase跟目录下文件没有损坏丢失，如果有，则先进行corrupt block 移除

​步骤1： 执行 hbase org.apache.hadoop.hbase.util.hbck.OfflineMetaRepair -fix

最后，两个工具使用说明都比较详细，经过上面的基础介绍，相信都会看的懂的。这里不对工具再细致说明，工具的说明可以参考官网或者工具提示。​题外话，有些开源组件设计的时候，向hbase元数据文件写入一些特有的信息，但是并没有修改到hbase工具的修复工具，或者它自己没有维护修复工具，如果这类文件损坏、丢失了，那么相应的组件就会运行不正常。使用这类组件的用户，应该不仅记录好你的表的基本结构，还要记录表的属性配置等，当发生修复运维行为的时候，主要再次核对确认。

本文介绍了运维hbase基础原理中的数据完整性以及逆向元数据修复原理，并举例介绍两个逆向修复元数据的工具和实用执行步骤。后续会出系列文章，说明更多hbase运维基础、运作原理等，希望对大家的运维和使用HBase有所帮助。
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