Hadoop——HDFS（校招准备）

概念

• HDFS，它是一个文件系统，用于存储文件，通过目录树来定位文件
• 其次，它是分布式的，由很多服务器联合起来实现其功能，集群中的服务器有各自的角色。
• HDFS的设计适合一次写入，多次读出的场景，且不支持文件的修改
• 适合用来做数据分析，并不适合用来做网盘应用。
• HDFS中的文件在物理上是分块存储（block），块的大小可以通过配置参数( dfs.blocksize)来规定，默认大小在hadoop2.x版本中是128M

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组成

• NameNode负责管理整个文件系统的元数据，以及每一个路径（文件）所对应的数据块信息。
• DataNode 负责管理用户的文件数据块，每一个数据块都可以在多个datanode上存储多个副本。
• Secondary NameNode用来监控HDFS状态的辅助后台程序，每隔一段时间获取HDFS元数据的快照。

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基础命令

• 基本语法
  bin/hadoop fs 具体命令
  （1）-help：输出这个命令参数
  bin/hdfs dfs -help rm
  （2）-ls: 显示目录信息
  hadoop fs -ls /
  （3）-mkdir：在hdfs上创建目录
  hadoop fs -mkdir -p /aaa/bbb/cc/dd
  （4）-moveFromLocal从本地剪切粘贴到hdfs
  hadoop fs - moveFromLocal /home/hadoop/a.txt /aaa/bbb/cc/dd
  （5）-moveToLocal：从hdfs剪切粘贴到本地
  hadoop fs - moveToLocal /aaa/bbb/cc/dd /home/hadoop/a.txt
  （6）–appendToFile ：追加一个文件到已经存在的文件末尾
  hadoop fs -appendToFile ./hello.txt /hello.txt

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HDFS写操作

1）客户端向namenode请求上传文件，namenode检查目标文件是否已存在，父目录是否存在。
2）namenode返回是否可以上传。
3）客户端请求第一个 block上传到哪几个datanode服务器上。
4）namenode返回3个datanode节点，分别为dn1、dn2、dn3。
5）客户端请求dn1上传数据，dn1收到请求会继续调用dn2，然后dn2调用dn3，将这个通信管道建立完成
6）dn1、dn2、dn3逐级应答客户端
7）客户端开始往dn1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，dn1收到一个packet就会传给dn2，dn2传给dn3；dn1每传一个packet会放入一个应答队列等待应答
8）当一个block传输完成之后，客户端再次请求namenode上传第二个block的服务器。（重复执行3-7步）

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HDFS读操作

1）客户端向namenode请求下载文件，namenode通过查询元数据，找到文件块所在的datanode地址。
2）挑选一台datanode（就近原则，然后随机）服务器，请求读取数据。
3）datanode开始传输数据给客户端（从磁盘里面读取数据放入流，以packet为单位来做校验）。
4）客户端以packet为单位接收，先在本地缓存，然后写入目标文件。

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NameNode&Secondary NameNode工作机制

namenode被格式化之后，将在/opt/module/hadoop-2.7.2/data/tmp/dfs/name/current目录中产生如下文件

edits_0000000000000000000
fsimage_0000000000000000000.md5
seen_txid
VERSION

• Fsimage文件：HDFS文件系统元数据的一个永久性的检查点，其中包含HDFS文件系统的所有目录和文件idnode的序列化信息。
• Edits文件：存放HDFS文件系统的所有更新操作的路径，文件系统客户端执行的所有写操作首先会被记录到edits文件中。
• seen_txid文件保存的是一个数字，就是最后一个edits_的数字
• 每次Namenode启动的时候都会将fsimage文件读入内存，并从00001开始到seen_txid中记录的数字依次执行每个edits里面的更新操作，保证内存中的元数据信息是最新的、同步的，可以看成Namenode启动的时候就将fsimage和edits文件进行了合并。

1 第一阶段：namenode启动
（1）第一次启动namenode格式化后，创建fsimage和edits文件。如果不是第一次启动，直接加载编辑日志和镜像文件到内存。
（2）客户端对元数据进行增删改的请求
（3）namenode记录操作日志，更新滚动日志。
（4）namenode在内存中对数据进行增删改查
2 第二阶段：Secondary NameNode工作
（1）Secondary NameNode询问namenode是否需要checkpoint。直接带回namenode是否检查结果。
（2）Secondary NameNode请求执行checkpoint。
（3）namenode滚动正在写的edits日志
（4）将滚动前的编辑日志和镜像文件拷贝到Secondary NameNode
（5）Secondary NameNode加载编辑日志和镜像文件到内存，并合并。
（6）生成新的镜像文件fsimage.chkpoint
（7）拷贝fsimage.chkpoint到namenode
（8）namenode将fsimage.chkpoint重新命名成fsimage

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chkpoint检查时间参数设置

• 通常情况下，SecondaryNameNode每隔一小时执行一次。
  [hdfs-default.xml]

  dfs.namenode.checkpoint.period
  3600

• 分钟检查一次操作次数，当操作次数达到1百万时，SecondaryNameNode执行一次。

  dfs.namenode.checkpoint.txns
  1000000
操作动作次数



  dfs.namenode.checkpoint.check.period
  60
 1分钟检查一次操作次数

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DataNode工作机制

1）一个数据块在datanode上以文件形式存储在磁盘上，包括两个文件，一个是数据本身，一个是元数据包括数据块的长度，块数据的校验和，以及时间戳。
2）DataNode启动后向namenode注册，通过后，周期性（1小时）的向namenode上报所有的块信息。
3）心跳是每3秒一次，心跳返回结果带有namenode给该datanode的命令如复制块数据到另一台机器，或删除某个数据块。如果超过10分钟没有收到某个datanode的心跳，则认为该节点不可用。

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数据完整性

1）当DataNode读取block的时候，它会计算checksum
2）如果计算后的checksum，与block创建时值不一样，说明block已经损坏。
3）client读取其他DataNode上的block.
4）datanode在其文件创建后周期验证checksum