探索Alluxio经济化数据存储策略

探索背景

随着大数据应用的不断发展，数据仓库、数据湖的大数据实践层出不穷；无论是电信、金融、政府，各个行业的大数据热潮蓬勃发展。在过去的4-5年中，我们不断看到企业用户大数据膨胀问题日益加剧，大数据创新下数据存储成本呈现线性增长，使得企业对于大数据的应用开始变得谨慎变向放缓了企业内部数据化转型的速度。

核心的挑战：如何更加经济地构建数据湖存储体系

大数据存储引擎从2006年发布以来，百花齐放，计算侧MapReduce、Spark、Hive、Impala、Presto、Storm、Flink的问世不断突破应用领域，不过在大数据存储方面反而显得慎重与沉稳。在过去10+年，在Apache Hadoop生态被广泛提交的主要还是HDFS与Ozone。

HDFS

Hadoop HDFS 是一种分布式文件系统，旨在在商用硬件上运行以提高其普适性。它与现有的分布式文件系统有很多相似之处。但是，HDFS的特点也是鲜明的：具备高度容错性、旨在部署在低成本硬件、允许水平扩缩容。HDFS提供对应用程序数据访问的高吞吐量，适用于需要处理海量数据集的应用服务。

Ozone

Apache Ozone 是一种高度可扩展的分布式存储，适用于分析、大数据和云原生应用程序。Ozone 支持 S3 兼容对象 API 以及 Hadoop 兼容文件系统协议。它针对高效的对象存储和文件系统操作进行了优化。

经济化数据存储策略，主要体现在两个关键特性上，只要实现了，其他的增强都会如虎添翼：

使用最合适的存储系统存储对应的数据分块；
数据存储策略对上层应用的侵入性越低越好；

比如HDFS典型场景下使用3副本的策略，一方面是确保数据块的高可用性，同时多个副本也可以更好地保障数据局部性的要求，提高数据访问的吞吐量；为了更好地提供数据服务，硬件环境也会选用相对更好的磁盘；对于早期的大数据实践而言，标准统一的软硬件选择可以提高对新技术栈的推动，但是随着数据的不断积累，很多数据的访问频率呈现指数级下降，尤其是针对合规检查的冷数据，不仅仅占据了生产集群的大量空间，可能一年到头都没有被访问过一次。这是对资源的极大浪费。

大数据发展的现阶段，精细化数据存储被提上了议程。需要一种分层的存储体系，在维系现有计算性能的同时，将温、冷数据实现对上层应用透明的自主迁移，控制数据存储与维护的成本。

关键特性验证

通过这篇文章，我们希望可以对经济化数据存储策略做一个初步探索，首先我们将先前提到的两个关键特性具象化，然后通过几组实验对技术可行性进行一个讨论。

关键特性一：使用一套存储系统作为热数据系统；使用另一套存储系统作为冷数据系统；

关键特性二：统一命名空间同时兼容多套存储系统，通过统一命名空间对上层应用提供数据访问服务；

技术选择：

计算引擎: Hive (大部分企业用户使用SQL引擎作为数据开发工具)
存储引擎: HDFS/Ozone (业界常用的Apache生态存储)
数据编排引擎: Alluxio (第三方开源组件，兼容大部分Apache生态组件)

Hive

Apache Hive ™ 数据仓库软件有助于使用 SQL 读取、写入和管理驻留在分布式存储中的大型数据集。结构可以投影到已经存储的数据上。提供了一个命令行工具和 JDBC 驱动程序允许用户连接到 Hive。

关于Alluxio

“Alluxio数据编排系统”是全球首个分布式超大规模数据编排系统，孵化于加州大学伯克利分校AMP实验室。自项目开源以来，已有超过来自300多个组织机构的1100多位贡献者参与开发。Alluxio能够在跨集群、跨区域、跨国家的任何云中将数据更紧密地编排到接近数据分析和AI/ML应用程序的集群中，从而向上层应用提供内存级别的数据访问速度。作为大数据生态系统中的存储与计算分离技术标准，在阿里云、腾讯云、华为云、金山云等国内顶级云厂商服务中得到生产检验，是建设企业私有云的基石和核心技术。2021年成立后，先后荣登“中关村国际前沿科技创新大赛大数据与云计算领域TOP10”、“2021投资界数字科技VENTURE50”、“科创中国”开源创新榜等多项榜单。

技术可行性研究，我们分两个阶段进行：

阶段一：使用同一类型的存储系统HDFS，实现不同HDFS系统之间的冷热分层【模拟场景：使用新的HDFS3.0 EC或者用磁盘密集型的机器专门搭建冷数据HDFS】

阶段二：使用不同类型的存储系统，使用HDFS作为热数据存储系统；使用Ozone做为冷数据存储系统【模拟场景：HDFS负责热数据/Ozone负责冷数据】

验证步骤

部署架构

软件版本：

计算引擎：Hive 2.3.9
存储引擎：Hadoop 2.10.1，Ozone 1.2.1，Alluxio 2.8
所有组件均为单机模式部署

集群规划：

主机	组件
ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal	Hive、HDFS1
ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal	HDFS2、Ozone
ip-172-31-17-3.us-west-2.compute.internal	Alluxio

实验一、基于Alluxio实现跨HDFS的透明数据冷热分层

## step 1: 在hive 中创建库、分区表，默认数据存储在 HDFS_1 上

create database test location "/user/hive/test.db";

create external table test.test_part(value string) partitioned by (dt string);

#创建库

hive> create database test location '/user/hive/test.db';

OK

Time taken: 1.697 seconds

hive>

#创建表

hive> create external table test.test_part(value string) partitioned by (dt string);

OK

Time taken: 0.607 seconds

hive>

## step 2: Alluxio Union URI 实现跨HDFS集群统一命名空间集成

alluxio fs mount \

--option alluxio-union.hdfs1.uri=hdfs://namenode_1:8020/user/hive/test.db/test_part \

--option alluxio-union.hdfs2.uri=hdfs://namenode_2:8020/user/hive/test.db/test_part \

--option alluxio-union.priority.read=hdfs1,hdfs2 \

--option alluxio-union.collection.create=hdfs1 \

/user/hive/test.db/test_part union://test_part/

#以Alluxio Union URI 方式挂载测试目录

[root@ip-172-31-17-3 ~]# alluxio fs mkdir /user/hive/test.db

Successfully created directory /user/hive/test.db

[root@ip-172-31-17-3 conf]# alluxio fs mount \

> --option alluxio-union.hdfs1.uri=hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part \

> --option alluxio-union.hdfs2.uri=hdfs://ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part \

> --option alluxio-union.priority.read=hdfs1,hdfs2 \

> --option alluxio-union.collection.create=hdfs1 \

> /user/hive/test.db/test_part union://test_part/

Mounted union://test_part/ at /user/hive/test.db/test_part

[root@ip-172-31-17-3 ~]#

## step 3: 修改 Hive 表路径为 Union URI 路径，屏蔽跨异构存储的技术细节

alter table test.test_part set location "alluxio://alluxio:19998/user/hive/test.db/test_part";

#修改Hive表格对应的路径

hive> alter table test.test_part set location "alluxio://ip-172-31-17-3.us-west-2.compute.internal:19998/user/hive/test.db/test_part";

OK

Time taken: 0.143 seconds

hive>

## step 4: 模拟数据

mkdir dt\=2022-06-0{1..6}

echo 1abc > dt\=2022-06-01/000000_0

echo 2def > dt\=2022-06-02/000000_0

echo 3ghi > dt\=2022-06-03/000000_0

echo 4jkl > dt\=2022-06-04/000000_0

echo 5mno > dt\=2022-06-05/000000_0

echo 6pqr > dt\=2022-06-06/000000_0

hdfs dfs -put dt\=2022-06-0{1..3} hdfs://namenode_1:8020/user/hive/test.db/test_part

hdfs dfs -put dt\=2022-06-0{4..6} hdfs://namenode_2:8020/user/hive/test.db/test_part

[root@ip-172-31-17-3 ~]# mkdir dt\=2022-06-0{1..6}

[root@ip-172-31-17-3 ~]# echo 1abc > dt\=2022-06-01/000000_0

[root@ip-172-31-17-3 ~]# echo 2def > dt\=2022-06-02/000000_0

[root@ip-172-31-17-3 ~]# echo 3ghi > dt\=2022-06-03/000000_0

[root@ip-172-31-17-3 ~]# echo 4jkl > dt\=2022-06-04/000000_0

[root@ip-172-31-17-3 ~]# echo 5mno > dt\=2022-06-05/000000_0

[root@ip-172-31-17-3 ~]# echo 6pqr > dt\=2022-06-06/000000_0

#将模拟数据分别存入hdfs1、hdfs2

[root@ip-172-31-17-3 ~]# hdfs dfs -put dt\=2022-06-0{1..3} hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part

[root@ip-172-31-17-3 ~]# hdfs dfs -mkdir -p hdfs://ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part

[root@ip-172-31-17-3 ~]# hdfs dfs -put dt\=2022-06-0{4..6} hdfs://ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part

#查询hdfs1和hdfs2，确认数据存入完成

[root@ip-172-31-17-3 ~]# hdfs dfs -ls hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part

Found 3 items

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 08:09 hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-01

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 08:09 hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-02

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 08:09 hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-03

[root@ip-172-31-17-3 ~]# hdfs dfs -ls hdfs://ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part

Found 3 items

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 08:10 hdfs://ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-04

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 08:10 hdfs://ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-05

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 08:10 hdfs://ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-06

#通过查询alluxio Union URI 再次确认数据存入hdfs1和hdfs2，以及Union URI跨存储关联生效

[root@ip-172-31-17-3 ~]# alluxio fs ls /user/hive/test.db/test_part

drwxr-xr-x  root           hdfsadmingroup               1       PERSISTED 07-13-2022 08:09:19:243  DIR /user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-02

drwxr-xr-x  root           hdfsadmingroup               1       PERSISTED 07-13-2022 08:09:19:219  DIR /user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-01

drwxr-xr-x  root           hdfsadmingroup               1       PERSISTED 07-13-2022 08:10:49:740  DIR /user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-06

drwxr-xr-x  root           hdfsadmingroup               1       PERSISTED 07-13-2022 08:10:49:721  DIR /user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-05

drwxr-xr-x  root           hdfsadmingroup               1       PERSISTED 07-13-2022 08:10:49:698  DIR /user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-04

drwxr-xr-x  root           hdfsadmingroup               1       PERSISTED 07-13-2022 08:09:19:263  DIR /user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-03

[root@ip-172-31-17-3 ~]#

## step 5: 刷新Hive表元数据

MSCK REPAIR TABLE test.test_part;

hive> MSCK REPAIR TABLE test.test_part;

OK

Partitions not in metastore:    test_part:dt=2022-06-01 test_part:dt=2022-06-02 test_part:dt=2022-06-03 test_part:dt=2022-06-04 test_part:dt=2022-06-05 test_part:dt=2022-06-06

Repair: Added partition to metastore test.test_part:dt=2022-06-01

Repair: Added partition to metastore test.test_part:dt=2022-06-02

Repair: Added partition to metastore test.test_part:dt=2022-06-03

Repair: Added partition to metastore test.test_part:dt=2022-06-04

Repair: Added partition to metastore test.test_part:dt=2022-06-05

Repair: Added partition to metastore test.test_part:dt=2022-06-06

Time taken: 1.677 seconds, Fetched: 7 row(s)

#通过select方式观察到hive元数据刷新后，alluxio union URI关联生效体现到hive表中

hive> select * from test.test_part;

OK

1abc    2022-06-01

2def    2022-06-02

3ghi    2022-06-03

4jkl    2022-06-04

5mno    2022-06-05

6pqr    2022-06-06

Time taken: 1.624 seconds, Fetched: 6 row(s)

hive>

## step 6: 配置冷热自动分层策略策略

alluxio fs policy add /user/hive/test.db/test_part "ufsMigrate(olderThan(2m), UFS[hdfs1]:REMOVE, UFS[hdfs2]:STORE)"

#设置策略：冷数据（本例中按生成超过2分钟的数据）自动从热存储（hdfs1）迁移到冷存储（hdfs2）

[root@ip-172-31-17-3 ~]# alluxio fs policy add /user/hive/test.db/test_part "ufsMigrate(olderThan(2m), UFS[hdfs1]:REMOVE, UFS[hdfs2]:STORE)"

Policy ufsMigrate-/user/hive/test.db/test_part is added to /user/hive/test.db/test_part.

#通过Alluxio命令行查看策略设置成功与否

[root@ip-172-31-17-3 ~]# alluxio fs policy list

id: 1657700423909

name: "ufsMigrate-/user/hive/test.db/test_part"

path: "/user/hive/test.db/test_part"

created_at: 1657700423914

scope: "RECURSIVE"

condition: "olderThan(2m)"

action: "DATA(UFS[hdfs1]:REMOVE, UFS[hdfs2]:STORE)"

[root@ip-172-31-17-3 ~]#

#策略生效后分别查看hdfs1和hdfs2，可以观察到hdfs1里面超过2分钟的数据都迁移到hdfs2中

[root@ip-172-31-17-3 logs]# hdfs dfs -ls hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part

[root@ip-172-31-17-3 logs]# hdfs dfs -ls hdfs://ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part

Found 6 items

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 08:26 hdfs://ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-01

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 08:26 hdfs://ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-02

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 08:26 hdfs://ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-03

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 08:10 hdfs://ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-04

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 08:10 hdfs://ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-05

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 08:10 hdfs://ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/test.db/test_part/dt=2022-06-06

[root@ip-172-31-17-3 logs]#

#策略生效，冷数据自动迁移过程中和完成后查hive都得到如下预期查询结果：

hive> select * from test.test_part;

OK

1abc    2022-06-01

2def    2022-06-02

3ghi    2022-06-03

4jkl    2022-06-04

5mno    2022-06-05

6pqr    2022-06-06

Time taken: 0.172 seconds, Fetched: 6 row(s)

hive>

最后，我们将实验一的两个步骤：（1）通过Alluxio的Union URI实现跨两个HDFS存储系统的Hive表的数据联邦，和（2）通过Alluxio实现跨两个HDFS存储系统的透明数据冷热分层，在图1和图2中分别以简化示意图的方式展示，便于更好的理解实验目标、过程和结果。

图1：通过Alluxio的Union URI实现跨两个HDFS存储系统的Hive表的数据联邦的示意图

图2：通过Alluxio实现跨两个HDFS存储系统的透明数据冷热分层示意图

下一组实验只是将上一组实验设定中的两个HDFS存储系统更改成了两个异构存储系统HDFS（热存储）和Ozone（冷存储），从透明冷热分层功能层面效果是相同的。

实验二、基于Alluxio实现跨异构存储（HDFS和Ozone）的透明数据冷热分层

## step 1 ： hive 创建库、表

create database hdfsToOzone location '/user/hive/hdfsToOzone.db';

create external table hdfsToOzone.test(value string) partitioned by (dt string);

#创建库

hive> create database hdfsToOzone location '/user/hive/hdfsToOzone.db';

OK

Time taken: 0.055 seconds

hive>

#创建表

hive> create external table hdfsToOzone.test(value string) partitioned by (dt string);

OK

Time taken: 0.1 seconds

hive>

## step 2: Alluxio Union URI实现跨HDFS/Ozone集群统一命名空间集成

alluxio fs mount \

--option alluxio-union.hdfs.uri=hdfs://HDFS1:8020/user/hive/hdfsToOzone.db/test \

--option alluxio-union.ozone.uri=o3fs://bucket.volume/hdfsToOzone.db/test \

--option alluxio-union.priority.read=hdfs,ozone \

--option alluxio-union.collection.create=hdfs \

--option alluxio.underfs.hdfs.configuration=/mnt1/ozone-1.2.1/etc/hadoop/ozone-site.xml \

/user/hive/hdfsToOzone.db/test union://HDFS_TO_OZONE/

#在Ozone中使用命令行工具创建volume、bucket

[root@ip-172-31-19-127 ~]# ozone sh volume create /v-alluxio

[root@ip-172-31-19-127 ~]# ozone sh bucket create /v-alluxio/b-alluxio

[root@ip-172-31-19-127 ~]# ozone fs -mkdir -p o3fs://b-alluxio.v-alluxio/hdfsToOzone.db/test

[root@ip-172-31-19-127 ~]#

#先在Alluxio中创建实验目录，然后以 Union URI 方式挂载目录

[root@ip-172-31-17-3 ~]# alluxio fs mkdir /user/hive/hdfsToOzone.db

Successfully created directory /user/hive/hdfsToOzone.db

[root@ip-172-31-17-3 ~]# alluxio fs mount \

> --option alluxio-union.hdfs.uri=hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/hdfsToOzone.db/test \

> --option alluxio-union.ozone.uri=o3fs://b-alluxio.v-alluxio/hdfsToOzone.db/test \

> --option alluxio-union.priority.read=hdfs,ozone \

> --option alluxio-union.collection.create=hdfs \

> --option alluxio.underfs.hdfs.configuration=/mnt1/ozone-1.2.1/etc/hadoop/ozone-site.xml \

> /user/hive/hdfsToOzone.db/test union://HDFS_TO_OZONE/

Mounted union://HDFS_TO_OZONE/ at /user/hive/hdfsToOzone.db/test

[root@ip-172-31-17-3 ~]#

## step 3: 修改 Hive 表路径为 Union URI 路径，屏蔽跨异构存储的技术细节

alter table hdfsToOzone.test set location "alluxio://alluxio:19998/user/hive/hdfsToOzone.db/test";

#修改Hive表格对应的路径

hive> alter table hdfsToOzone.test set location "alluxio://ip-172-31-17-3.us-west-2.compute.internal:19998/user/hive/hdfsToOzone.db/test";

OK

Time taken: 1.651 seconds

hive>

## step 4: 模拟数据

ozone fs -put dt\=2022-06-0{1..3} o3fs://b-alluxio.v-alluxio.ozone:9862/hdfsToOzone.db/test

hdfs dfs -put dt\=2022-06-0{4..6} hdfs://HDFS1:8020/user/hive/hdfsToOzone.db/test

#将数据存入ozone

[root@ip-172-31-19-127 ~]# ozone fs -put dt\=2022-06-0{1..3} o3fs://b-alluxio.v-alluxio/hdfsToOzone.db/test

2022-07-13 10:00:38,920 [main] INFO impl.MetricsConfig: Loaded properties from hadoop-metrics2.properties

2022-07-13 10:00:38,981 [main] INFO impl.MetricsSystemImpl: Scheduled Metric snapshot period at 10 second(s).

2022-07-13 10:00:38,981 [main] INFO impl.MetricsSystemImpl: XceiverClientMetrics metrics system started

2022-07-13 10:00:39,198 [main] INFO metrics.MetricRegistries: Loaded MetricRegistries class org.apache.ratis.metrics.impl.MetricRegistriesImpl

#通过命令行查询ozone，确认数据存入完成

[root@ip-172-31-19-127 ~]# ozone fs -ls o3fs://b-alluxio.v-alluxio/hdfsToOzone.db/test

Found 3 items

drwxrwxrwx   - root root          0 2022-07-13 10:00 o3fs://b-alluxio.v-alluxio/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-01

drwxrwxrwx   - root root          0 2022-07-13 10:00 o3fs://b-alluxio.v-alluxio/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-02

drwxrwxrwx   - root root          0 2022-07-13 10:00 o3fs://b-alluxio.v-alluxio/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-03

[root@ip-172-31-19-127 ~]#

#将数据存入hdfs1，并通过命令行查询hdfs1，确认数据存入完成

[root@ip-172-31-17-3 ~]# hdfs dfs -put dt\=2022-06-0{4..6} hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/hdfsToOzone.db/test

[root@ip-172-31-17-3 ~]# hdfs dfs -ls hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/hdfsToOzone.db/test

Found 3 items

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 10:06 hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-04

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 10:06 hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-05

drwxr-xr-x   - root hdfsadmingroup          0 2022-07-13 10:06 hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-06

[root@ip-172-31-17-3 ~]#

#通过Alluxio命令行查询，再次确认数据存入hdfs1和ozone，以及Union URI跨存储关联生效

[root@ip-172-31-17-3 ~]# alluxio fs ls /user/hive/hdfsToOzone.db/test

drwxrwxrwx  root           root                         0       PERSISTED 07-13-2022 10:00:40:670  DIR /user/hive/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-02

drwxrwxrwx  root           root                         0       PERSISTED 07-13-2022 10:00:38:691  DIR /user/hive/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-01

drwxr-xr-x  root           hdfsadmingroup               0       PERSISTED 07-13-2022 10:06:29:206  DIR /user/hive/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-06

drwxr-xr-x  root           hdfsadmingroup               0       PERSISTED 07-13-2022 10:06:29:186  DIR /user/hive/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-05

drwxr-xr-x  root           hdfsadmingroup               0       PERSISTED 07-13-2022 10:06:29:161  DIR /user/hive/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-04

drwxrwxrwx  root           root                         0       PERSISTED 07-13-2022 10:00:40:762  DIR /user/hive/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-03

[root@ip-172-31-17-3 ~]#

## step 5: 刷新Hive表元数据

MSCK REPAIR TABLE hdfsToOzone.test;

hive> MSCK REPAIR TABLE hdfsToOzone.test;

OK

Partitions not in metastore:    test:dt=2022-06-01      test:dt=2022-06-02      test:dt=2022-06-03      test:dt=2022-06-04      test:dt=2022-06-05      test:dt=2022-06-06

Repair: Added partition to metastore hdfsToOzone.test:dt=2022-06-01

Repair: Added partition to metastore hdfsToOzone.test:dt=2022-06-02

Repair: Added partition to metastore hdfsToOzone.test:dt=2022-06-03

Repair: Added partition to metastore hdfsToOzone.test:dt=2022-06-04

Repair: Added partition to metastore hdfsToOzone.test:dt=2022-06-05

Repair: Added partition to metastore hdfsToOzone.test:dt=2022-06-06

Time taken: 0.641 seconds, Fetched: 7 row(s)

hive>

#通过select方式观察到hive元数据刷新后，alluxio union URI关联生效体现到hive表中

hive> select * from hdfsToOzone.test ;

OK

1abc    2022-06-01

2def    2022-06-02

3ghi    2022-06-03

4jkl    2022-06-04

5mno    2022-06-05

6pqr    2022-06-06

Time taken: 0.156 seconds, Fetched: 6 row(s)

hive>

## step 6: 配置策略

alluxio fs policy add /user/hive/hdfsToOzone.db/test" ufsMigrate(olderThan(2m), UFS[hdfs]:REMOVE, UFS[ozone]:STORE)"

#设置策略：冷数据（本例中按生成超过2分钟的数据）自动从热存储（hdfs1）迁移到冷存储（ozone）

[root@ip-172-31-17-3 ~]# alluxio fs policy add /user/hive/hdfsToOzone.db/test/ "ufsMigrate(olderThan(2m), UFS[hdfs]:REMOVE, UFS[ozone]:STORE)"

Policy ufsMigrate-/user/hive/hdfsToOzone.db/test is added to /user/hive/hdfsToOzone.db/test.

#通过Alluxio命令行查看策略设置成功与否

[root@ip-172-31-17-3 ~]# alluxio fs policy list

id: 1657707130843

name: "ufsMigrate-/user/hive/hdfsToOzone.db/test"

path: "/user/hive/hdfsToOzone.db/test"

created_at: 1657707130843

scope: "RECURSIVE"

condition: "olderThan(2m)"

action: "DATA(UFS[hdfs]:REMOVE, UFS[ozone]:STORE)"

[root@ip-172-31-17-3 ~]#

#策略生效后分别查看hdfs1和ozone，可以观察到hdfs1里面超过2分钟的数据都迁移到ozone中

[root@ip-172-31-17-3 ~]# ozone fs -ls o3fs://b-alluxio.v-alluxio/hdfsToOzone.db/test

Found 6 items

drwxrwxrwx   - root root          0 2022-07-13 10:00 o3fs://b-alluxio.v-alluxio/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-01

drwxrwxrwx   - root root          0 2022-07-13 10:00 o3fs://b-alluxio.v-alluxio/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-02

drwxrwxrwx   - root root          0 2022-07-13 10:00 o3fs://b-alluxio.v-alluxio/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-03

drwxrwxrwx   - root root          0 2022-07-13 10:21 o3fs://b-alluxio.v-alluxio/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-04

drwxrwxrwx   - root root          0 2022-07-13 10:21 o3fs://b-alluxio.v-alluxio/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-05

drwxrwxrwx   - root root          0 2022-07-13 10:21 o3fs://b-alluxio.v-alluxio/hdfsToOzone.db/test/dt=2022-06-06

[root@ip-172-31-17-3 ~]# hdfs dfs -ls hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/user/hive/hdfsToOzone.db/test

[root@ip-172-31-17-3 ~]#

#策略生效，冷数据自动迁移过程中和完成后查hive都得到如下预期查询结果：

hive> select * from hdfsToOzone.test ;

OK

1abc    2022-06-01

2def    2022-06-02

3ghi    2022-06-03

4jkl    2022-06-04

5mno    2022-06-05

6pqr    2022-06-06

Time taken: 0.144 seconds, Fetched: 6 row(s)

hive>

4. 实验小结

可以看出，实验二的执行过程和效果展示和实验一几乎是如出一辙，除了冷数据存储系统从hdfs2切换成了一个异构存储系统Ozone。

通过实验，我们充分验证了Alluxio数据编排是如何成功将上层应用 (比如基于Hive的数仓建设) 与底层数据持久化策略 (使用hdfs或者Ozone, 是否进行冷热分层等) 解耦合的。同时也体现了Alluxio对于异构存储系统的通用性和易用性。

最后希望这篇文章对各位如何使用Alluxio经济化数据存储策略有所启迪。

附录

Alluxio集成Hive及HDFS的方式

Alluxio 配置

echo 'export ALLX_HOME=/mnt1/alluxio' >> ~/.bashrc

echo 'export PATH=$PATH:$ALLX_HOME/bin' >> ~/.bashrc

alluxio.master.hostname=ip-172-31-17-3.us-west-2.compute.internal

alluxio.underfs.address=hdfs://ip-172-31-30-130.us-west-2.compute.internal:8020/alluxio

alluxio.worker.tieredstore.level0.dirs.path=/alluxio/ramdisk

alluxio.worker.memory.size=4G

alluxio.worker.tieredstore.levels=1

alluxio.worker.tieredstore.level0.alias=MEM

alluxio.user.file.readtype.default=CACHE

alluxio.user.file.writetype.default=ASYNC_THROUGH

alluxio.security.login.impersonation.username=_HDFS_USER_

alluxio.master.security.impersonation.yarn.groups=*

alluxio.master.security.impersonation.hive.groups=*

alluxio.user.metrics.collection.enabled=true

alluxio.user.block.size.bytes.default=64MB

######## Explore ########

alluxio.user.block.write.location.policy.class=alluxio.client.block.policy.DeterministicHashPolicy

alluxio.user.ufs.block.read.location.policy=alluxio.client.block.policy.DeterministicHashPolicy

alluxio.user.ufs.block.read.location.policy.deterministic.hash.shards=1

alluxio.user.file.persist.on.rename=true

alluxio.master.persistence.blacklist=.staging,_temporary,.tmp

alluxio.user.file.passive.cache.enabled=false

Hive 客户端core-site.xml

cp /hadoop_home/etc/hadoop/core-site.xml /hive_home/conf

## 拷贝 jar分别到hadoop和hive home下的lib子目录中

cp /<PATH_TO_ALLUXIO>/client/alluxio-enterprise-2.8.0-1.0-client.jar /hadoop_home/share/lib

cp /<PATH_TO_ALLUXIO>/client/alluxio-enterprise-2.8.0-1.0-client.jar /hive_home/lib

## 配置alluxio文件系统

vim /hive_home/conf/core-site.xml

<name>fs.alluxio.impl</name>

<value>alluxio.hadoop.FileSystem</value>

</property>

<name>alluxio.master.rpc.addresses</name>

<value>ip-172-31-17-3.us-west-2.compute.internal:19998</value>

</property>

HDFS授权

## 查看hdfs 超级用户

vim /hadoop_home/etc/hadoop/hdfs-site.xml

<name>dfs.permissions.superusergroup</name>

<value>hdfsadmingroup</value>

</property>

## 将用户 Alluxio 增加到supergroup

groupadd hdfsadmingroup

usermod -a -G hdfsadmingroup root

## 同步系统的权限信息到 HDFS

su - hdfs -s /bin/bash -c "hdfs dfsadmin -refreshUserToGroupsMappings"

## 开启hdfs acl

vim /hadoop_home/etc/hadoop/hdfs-site.xml

<name>dfs.permissions.enabled</name>

</property>

<name>dfs.namenode.acls.enabled</name>

</property>

su - hdfs -s /bin/bash -c "hdfs dfs -setfacl -R -m user:root:rwx /"

Ozone 部署

配置文件

wget https://dlcdn.apache.org/ozone/1.2.1/ozone-1.2.1.tar.gz

echo 'export OZONE_HOME=/mnt1/ozone-1.2.1' >> ~/.bashrc

echo 'export PATH=$PATH:$OZONE_HOME/bin:$OZONE_HOME/sbin' >> ~/.bashrc

##在ozone-site.xml中加入必要配置信息

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="yes"?>

<name>ozone.om.address</name>

<value>ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:9862</value>

</property>

<name>ozone.metadata.dirs</name>

<value>/mnt/ozone-1.2.1/metadata/ozone</value>

</property>

<name>ozone.scm.client.address</name>

<value>ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:9860</value>

</property>

<name>ozone.scm.names</name>

<value>ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal</value>

</property>

<name>ozone.scm.datanode.id.dir</name>

<value>/mnt/ozone-1.2.1/metadata/ozone/node</value>

</property>

<name>ozone.om.db.dirs</name>

<value>/mnt/ozone-1.2.1/metadata/ozone/omdb</value>

</property>

<name>ozone.scm.db.dirs</name>

<value>/mnt/ozone-1.2.1/metadata/ozone/scmdb</value>

</property>

<name>hdds.datanode.dir</name>

<value>/mnt/ozone-1.2.1/datanode/data</value>

</property>

<name>ozone.om.ratis.enable</name>

<value>false</value>

</property>

<name>ozone.om.http-address</name>

<value>ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:9874</value>

</property>

<name>ozone.s3g.domain.name</name>

<value>s3g.internal</value>

</property>

<name>ozone.replication</name>

</property>

</configuration>

初始化与启动（按照顺序）

ozone scm --init

ozone --daemon start scm

ozone om --init

ozone --daemon start om

ozone --daemon start datanode

ozone --daemon start s3g

ozone使用操作

#创建名称为v-alluxio的volume

[root@ip-172-31-19-127 ~]# ozone sh volume create /v-alluxio

[root@ip-172-31-19-127 ~]#

#在v-alluxio下创建名为b-alluxio的bucket

[root@ip-172-31-19-127 ~]# ozone sh bucket create /v-alluxio/b-alluxio

[root@ip-172-31-19-127 ~]#

#查看bucket的相关信息

[root@ip-172-31-19-127 ~]# ozone sh bucket info /v-alluxio/b-alluxio

{

"metadata" : { },

"volumeName" : "v-alluxio",

"name" : "b-alluxio",

"storageType" : "DISK",

"versioning" : false,

"usedBytes" : 30,

"usedNamespace" : 6,

"creationTime" : "2022-07-13T09:11:37.403Z",

"modificationTime" : "2022-07-13T09:11:37.403Z",

"quotaInBytes" : -1,

"quotaInNamespace" : -1,

"bucketLayout" : "LEGACY"

}

[root@ip-172-31-19-127 ~]#

#创建key，并放入相应的内容

[root@ip-172-31-19-127 ~]# touch Dockerfile

[root@ip-172-31-19-127 ~]# ozone sh key put /v-alluxio/b-alluxio/Dockerfile Dockerfile

[root@ip-172-31-19-127 ~]#

#列出bucket下所有的key

[root@ip-172-31-19-127 ~]# ozone sh key list /v-alluxio/b-alluxio/

{

"volumeName" : "v-alluxio",

"bucketName" : "b-alluxio",

"name" : "Dockerfile",

"dataSize" : 0,

"creationTime" : "2022-07-13T14:37:09.761Z",

"modificationTime" : "2022-07-13T14:37:09.801Z",

"replicationConfig" : {

"replicationFactor" : "ONE",

"requiredNodes" : 1,

"replicationType" : "RATIS"

},

"replicationFactor" : 1,

"replicationType" : "RATIS"

}

[root@ip-172-31-19-127 ~]#

#查看key的相关信息

[root@ip-172-31-19-127 ~]# ozone sh key info /v-alluxio/b-alluxio/Dockerfile

{

"volumeName" : "v-alluxio",

"bucketName" : "b-alluxio",

"name" : "Dockerfile",

"dataSize" : 0,

"creationTime" : "2022-07-13T14:37:09.761Z",

"modificationTime" : "2022-07-13T14:37:09.801Z",

"replicationConfig" : {

"replicationFactor" : "ONE",

"requiredNodes" : 1,

"replicationType" : "RATIS"

},

"ozoneKeyLocations" : [ ],

"metadata" : { },

"replicationFactor" : 1,

"replicationType" : "RATIS"

}

[root@ip-172-31-19-127 ~]#

Alluxio 挂载 ozone

#方式一

[root@ip-172-31-17-3 ~]# alluxio fs mount /ozone o3fs://b-alluxio.v-alluxio.ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:9862/

Mounted o3fs://b-alluxio.v-alluxio.ip-172-31-19-127.us-west-2.compute.internal:9862/ at /ozone

[root@ip-172-31-17-3 ~]#

#方式二（带option的mount）

[root@ip-172-31-17-3 ~]# alluxio fs mount \

> --option alluxio.underfs.hdfs.configuration=/mnt1/ozone-1.2.1/etc/hadoop/ozone-site.xml \

> /ozone1 o3fs://b-alluxio.v-alluxio/

Mounted o3fs://b-alluxio.v-alluxio/ at /ozone1

[root@ip-172-31-17-3 ~]#

#验证Ozone挂载是否成功

[root@ip-172-31-17-3 ~]# alluxio fs ls /

drwxrwxrwx  root           root                         0       PERSISTED 01-01-1970 00:00:00:000  DIR /ozone1

drwxrwxrwx  root           root                         0       PERSISTED 01-01-1970 00:00:00:000  DIR /ozone

[root@ip-172-31-17-3 ~]#

按场景

AI 机器学习

数据分析

统一命名空间

按行业

自动驾驶

AI 制药

010-82449668

探索Alluxio经济化数据存储策略

探索背景

核心的挑战：如何更加经济地构建数据湖存储体系

HDFS

Ozone

关键特性验证

Hive

关于Alluxio

验证步骤

部署架构

实验一、基于Alluxio实现跨HDFS的透明数据冷热分层

实验二、基于Alluxio实现跨异构存储（HDFS和Ozone）的透明数据冷热分层

4. 实验小结

附录

Alluxio集成Hive及HDFS的方式

Ozone 部署

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