HBase学习总结(4)：HBase的工作原理

一、切分和分配大表
HBase中的表是由行和列组成的。HBase中的表可能达到数十亿行和数百万列。每个表的大小可能达到TB级，有时甚至PB级。这些表会切分成小一点儿的数据单位，然后分配到多台服务器上。这些小一点儿的数据单位叫region。托管region的服务器叫RegionServer。一张表由多个小一点的region组成，如图1所示。

图1 多个小一点的region组成一张表
RegionServer和HDFS DataNode典型情况下并列配置在同一物理硬件上，如图2所示。RegionServer本质上是HDFS客户端，在上面存储/访问数据。主(master)进程分配region给RegionServer，每个RegionServer一般托管多个region。

图2 RegionServer和DataNode典型情况下并列配置在同一台主机上
考虑到基础数据存储在HDFS上，所有客户端都可以在一个命名空间下访问。所有RegionServer都可以访问文件系统里同一个文件，因此RegionServer可以托管任何region，如图3所示。通过DataNode和RegionServer并列配置，理论上RegionServer可以把本地DataNode作为主要DataNode进行读写操作。

图3 RegionServer托管region的示意图
单个region大小由hbase-site.xml文件里的配置参数HBase.hregion.max.filesize决定，当一个region大小变得大于该值时，它会切分成两个region。

二、如何找到region
当一个region分配给RegionServer时，客户端应用如何知道它的位置？
HBase中有两个特殊的表，-ROOT-和.META.，用来查找各种表的region位置在哪里。-ROOT-和.META.也会切分成region，其中，-ROOT-永远不会切分超过一个region，.META.和其他表一样可以按需切分成许多region。
当客户端应用要访问某行时，它先找-ROOT-表，查找什么地方可以找到负责某行的region。-ROOT-指向.META.表的region去寻找答案。.META.表由入口地址组成，客户端应用使用这个入口地址判断哪一个RegionServer托管待查找的region。这个查找过程就像是一个3层分布式B+树(如图4所示)，-ROOT-表是B+树的-ROOT-节点，.META. region是-ROOT-节点的叶子，用户表的region是.META. region的叶子。

图4 -ROOT-、.META.和用户表的B+树视图
在图4中，-ROOT-表只包含了一个region，托管在RegionServer RS1上；.META.表包含了3个region，托管在RS1、RS2和RS3上面；用户表T1和T2分别包含3个和4个region，分别在RS1、RS2和RS3上面。

图5 HBase中的表分布在各个RegionServer上
如图5所示，RegionServer 1(RS1)托管用户表T1的region R1和.META.表的region M2；RegionServer 2(RS2)托管用户表的region R2、R3和.META.表的region M1；RegionServer 3(RS3)只托管了-ROOT-。

三、如何找到-ROOT-表
一个叫做ZooKeeper的系统提供了HBase系统的入口点。ZooKeeper是一种集中服务，用来维护配置信息、命名服务、提供分布式同步和提供分组服务等。这是一种高可用的、可靠的分布式配置服务。
客户端与HBase系统的交互分几个步骤，ZooKeeper是入口点。整个交互过程如图6所示。

图6 客户端与HBase系统的交互过程
从图6可以看出，交互步骤为：
第一步：客户端询问ZooKeeper，-ROOT-在哪里？
第二步：ZooKeeper回复客户端，-ROOT-在RegionServer RS1上面。
第三步：客户端询问在RS1上的-ROOT-表，哪一个.META. region可以找到表T1里的行00007？
第四步：RS1上的-ROOT-表回复客户端，在RegionServer RS3上的.META. region M2可以找到。
第五步：客户端询问RS3上的.META. region M2，在哪一个region上可以找到表T1里的行00007以及哪一个RegionServer为它提供服务？
第六步：RS3上的.META. region M2回复客户端，数据在RegionServer RS3上面的region T1R3上。
第七步：客户端发消息给RS3上面的region T1R3，要求读取行00007。
第八步：RS3上面的region T1R3将数据返回给客户端。