HDFS文件系统

一、 HDFS 介绍

     HDFS 是 Hadoop Distribute File System 的简称，意为：Hadoop 分布式文件系统。是Hadoop 核心组件之一，作为最底层分布式存储服务而存在。分布式文件系统解决的问题就是大数据存储。它们是横跨在多台计算机上的存储系统。分布式文件系统在大数据时代有着广泛的应用前景，它们为存储和处理超大规模数据提供所需的扩展能力。

二、NameNode

  1、元数据管理
          我们把目录结构及文件分块位置信息叫做元数据。Namenode 负责维护整个hdfs 文件系统的目录树结构，以及每一个文件所对应的 block 块信息（block 的id，及所在的 datanode 服务器）

三、DataNode

       文件的各个 block 的具体存储管理由 datanode 节点承担。每一个 block都可以在多个datanode 上。Datanode 需要定时向Namenode 汇报自己持有的block信息。存储多个副本（副本数量也可以通过参数设置 dfs.replication，默认是 3,DataNode启动时，它将自己发布到 NameNode 并汇报自己负责持有的块列表,当某个 DataNode 关闭时，它不会影响数据或群集的可用性。NameNode 将安排由其他DataNode 管理的块进行副本复制,DataNode 会定期（dfs.heartbeat.interval配置项配置，默认是 3 秒）向NameNode 发送心跳，如果NameNode 长时间没有接受到 DataNode 发送的心跳，NameNode 就会认为该 DataNode失效block 汇报时间间隔取参数 dfs.blockreport.intervalMsec,参数未配置的话默认为 6 小时

四、工作原理

       NameNode 负责管理整个文件系统元数据；DataNode 负责管理具体文件数据 块存储；Secondary NameNode 协NameNode进行元数据的备份。 HDFS 的内部工作机制对客户端保持透明，客户端请求访问 HDFS 都是通过向 NameNode 申请来进行

 

五、HDFS 写数据流程

详细步骤解析：

1、 client 发起文件上传请求，通过 RPC 与 NameNode 建立通讯，NameNode 检查目标文件是否已存在，父目录是否存在，返回是否可以上传；

2、 client 请求第一个 block 该传输到哪些 DataNode 服务器上；

3、 NameNode 根据配置文件中指定的备份数量及机架感知原理进行文件分 配，返回可用的 DataNode 的地址如：A，B，C； 注：Hadoop 在设计时考虑到数据的安全与高效，数据文件默认在 HDFS 上存放 三份，存储策略为本地一份，同机架内其它某一节点上一份，不同机架的某一 节点上一份。

4、 client 请求 3 台 DataNode 中的一台 A 上传数据（本质上是一个 RPC 调 用，建立 pipeline），A 收到请求会继续调用 B，然后 B 调用 C，将整个 pipeline 建立完成，后逐级返回 client；

5、 client 开始往 A 上传第一个 block（先从磁盘读取数据放到一个本地内 存缓存），以 packet 为单位（默认 64K），A 收到一个 packet 就会传给 B， B 传给 C；A 每传一个 packet 会放入一个应答队列等待应答。

6、 数据被分割成一个个 packet 数据包在 pipeline 上依次传输，在 pipeline 反方向上，逐个发送 ack（命令正确应答），最终由 pipeline 中第一个 DataNode 节点 A 将 pipeline ack 发送给 client;

7、 当一个 block 传输完成之后，client 再次请求 NameNode 上传第二个 block 到服务器

六、HDFS 读数据流程

详细步骤解析：

1、 Client 向 NameNode 发起 RPC 请求，来确定请求文件 block 所在的位置；

2、 NameNode会视情况返回文件的部分或者全部block列表，对于每个block， NameNode 都会返回含有该 block 副本的 DataNode 地址；

3、 这些返回的 DN 地址，会按照集群拓扑结构得出 DataNode 与客户端的距 离，然后进行排序，排序两个规则：网络拓扑结构中距离 Client 近的排 靠前；心跳机制中超时汇报的 DN 状态为 STALE，这样的排靠后；

4、 Client 选取排序靠前的 DataNode 来读取 block，如果客户端本身就是 DataNode,那么将从本地直接获取数据；

5、 底层上本质是建立 Socket Stream（FSDataInputStream），重复的调用 父类 DataInputStream 的 read 方法，直到这个块上的数据读取完毕；

6、 当读完列表的 block 后，若文件读取还没有结束，客户端会继续向 NameNode 获取下一批的 block 列表；

7、 读取完一个 block 都会进行 checksum 验证，如果读取 DataNode 时出现 错误，客户端会通知 NameNode，然后再从下一个拥有该 block 副本的 DataNode 继续读。

8、 read 方法是并行的读取 block 信息，不是一块一块的读取；NameNode 只 是返回Client请求包含块的DataNode地址，并不是返回请求块的数据；

9、 最终读取来所有的 block 会合并成一个完整的最终文件。