Hadoop之Hdfs基本知识

简介

        Hdfs(Hadoop Distributed FileSystem)是根据谷歌发表的论文（Google File System）Google的文件系统。Hdfs以流式数据访问模式来存储超大文件，并运行于商用硬件集群上（指价格低廉的硬件，并不是指昂贵的硬件）。并且提供了很强的容错机制，为用户提供性能很好的存取服务（如云盘）。

HDFS的特点

          超大文件：大数据处理： GB、TB、甚至PB级数据  、百万规模以上的文件数量。

      流式数据访问：一次写入，多次读取是最有效的访问模式。保持数据的一致性。

      商用硬件：不需要昂贵且高可靠的硬件上，简单的普通硬件就可以使用。

      低时间延迟的数据访问：对于要求延迟时间在几十毫秒范围内，不适合在HDFS上运行。HDFS是高数据吞吐量，

                                             这可能以高数据延迟为代价。

      用户写入，任意修改文件：HDFS只支持单个用户写，写操作总是将数据添加到文件的末尾。而不是任意位置。

      大量的小文件：HDFS不支持大量的小文件。因为其容量决定于NameCode节点的内存大小。

      高容错性：数据会自动保存为多个文件(默认备份为3个）。

      适合批处理：数据暴露给计算机框架。

HDFS架构

 

如上图所示，HDFS属于Master和Slave的结构。分NameNode、SecondaryNameNode、DataNode这几个角色。

NameNode：是Master节点，是正领导。管理数据块映射；处理客户端的读写请求；配置副本策略；管理HDFS的名称空间；

SecondaryNameNode：是一个副的，分担namenode的工作量；是NameNode的冷备份；合并fsimage和fsedits然后再发给namenode。

DataNode：Slave节点，职工，干活的。负责存储client发来的数据块block；执行数据块的读写操作。

热备份：b是a的热备份，如果a坏掉。那么b马上运行代替a的工作，是实时的。

冷备份：b是a的冷备份，如果a坏掉。那么b不能马上代替a工作，不是实时的。但是b上存储a的一些信息，减少a坏掉之后的损失。

fsimage:元数据镜像文件（文件系统的目录树。）

edits：元数据的操作日志（针对文件系统做的修改操作记录）

namenode内存中存储的是=fsimage+edits。

SecondaryNameNode负责定时默认3600S，从namenode上，获取fsimage和edits来进行合并，然后再发送给namenode。减少namenode的工作量。

 NameNode和SecondaryNameNod的关系流程图

注意：这种备份属于冷备份，不是实时的。并不保证所有更改的数据都能保存下来。

Hdfs读操作原理

有一个文件FileA，100M大小。Client将FileA写入到HDFS上。

HDFS按默认配置。

HDFS分布在三个机架上Rack1，Rack2，Rack3。

 

a. Client将FileA按64M分块。分成两块，block1和Block2;

b. Client向nameNode发送写数据请求，如图蓝色虚线①------>。

c. NameNode节点，记录block信息。并返回可用的DataNode，如粉色虚线②--------->。

    Block1: host2,host1,host3

    Block2: host7,host8,host4

    原理：

        NameNode具有RackAware机架感知功能，这个可以配置。

        若client为DataNode节点，那存储block时，规则为：副本1，同client的节点上；副本2，不同机架节点上；副本3，同第二个副本机架的另一个节点上；其他副本随机挑选。

        若client不为DataNode节点，那存储block时，规则为：副本1，随机选择一个节点上；副本2，不同副本1，机架上；副本3，同副本2相同的另一个节点上；其他副本随机挑选。

d. client向DataNode发送block1；发送过程是以流式写入。

    流式写入过程，

        1>将64M的block1按64k的package划分;

        2>然后将第一个package发送给host2;

        3>host2接收完后，将第一个package发送给host1，同时client想host2发送第二个package；

        4>host1接收完第一个package后，发送给host3，同时接收host2发来的第二个package。

        5>以此类推，如图红线实线所示，直到将block1发送完毕。

        6>host2,host1,host3向NameNode，host2向Client发送通知，说“消息发送完了”。如图粉红颜色实线所示。

        7>client收到host2发来的消息后，向namenode发送消息，说我写完了。这样就真完成了。如图黄色粗实线

        8>发送完block1后，再向host7，host8，host4发送block2，如图蓝色实线所示。

        9>发送完block2后，host7,host8,host4向NameNode，host7向Client发送通知，如图浅绿色实线所示。

        10>client向NameNode发送消息，说我写完了，如图黄色粗实线。。。这样就完毕了。

分析，通过写过程，我们可以了解到：

    ①写1T文件，我们需要3T的存储，3T的网络流量贷款。

    ②在执行读或写的过程中，NameNode和DataNode通过HeartBeat进行保存通信，确定DataNode活着。如果发现DataNode死掉了，就将死掉的DataNode上的数据，放到其他节点去。读取时，要读其他节点去。

    ③挂掉一个节点，没关系，还有其他节点可以备份；甚至，挂掉某一个机架，也没关系；其他机架上，也有备份。

Hdfs写操作原理

那么，读操作流程为：

a. client向namenode发送读请求。

b. namenode查看Metadata信息，返回fileA的block的位置。

    block1:host2,host1,host3

    block2:host7,host8,host4

c. block的位置是有先后顺序的，先读block1，再读block2。而且block1去host2上读取；然后block2，去host7上读取；

 

感谢：http://www.cnblogs.com/laov/p/3434917.html这个博客主，给了我很多启发。谢谢