HDFS的存储结构以及写入、读取hdfs数据操作流程简单总结

一、NameNode数据结构

1、物理结构
${dfs.name.dir}/current/{VERSION,edits,fsimage,fstime}

dfs.name.dir是一个目录列表，存储每个目录的镜像。VERSION文件是Java属性文件,包含运行HDFS的版本信息。

edits，是编辑日志文件。当客户断执行写操作的时，NameNode首先会在编辑日志中写下记录，并在内存中保存一个文件系统元数据，这个描述符会在编辑日志有了改动后更新。内存中的元数据用来提供读数据请求服务。

编辑日志会在每次成功操作之后，且成功代码尚未返回给客户端之前进行刷新和同步。对于要写入多个目录的操作，该写入流要刷新和同步到所有的副本上，这就保证了操作不会因故障丢失数据。

fsimage 是一个二进制文件，当中记录了HDFS中所有文件和目录的元数据信息，以及文件中块的相关信息

2、逻辑结构
a、NameNode加载FsImage到内存后，形成一个目录树的结构（FSDirectory,INode,INodeFile<BlockInfo[]>）
b、Datanode通过心跳，上报block信息，在NameNode中形成BlocksMap（Block-->DataNode的对应关系）
c、NameNode分配块到DataNode，在写文件块的过程中，出现错误，那么会由client或DataNode上报给NameNode，表示该块失效。NameNode保存在CorruptReplicationMap中
d、在DataNode处于退役阶段、离开安全模式等阶段时，需要检查该DataNode的blocks的数量是否达到复制因子的要求，没有则加入需要复制的请求队列UnderReplicatedBlocks
e、保存正在复制的数据块的信息，PendingReplicationBlocks
f、当一个DataNode失效恢复后，因数据块太多，需要删除的块信息保存在excessReplicateMap
g、客户端写文件需要lease，超时需要剔除，该lease信息保存在NameNode上。

二、DataNode

1、物理数据结构
${dfs.data.dir}/current/VERSION
                       /blk_<id_1>
                       /blk_<id_1>.meta
                       /blk_<id_1>
                       /blk_<id_1>.meta
                       /...
                       /blk_<id_64>
                       /blk_<id_64>.meta
                       /subdir0/
                       /subdir1/
                       /...
                       /subdir63/
               /previous/
               /detach/
               /tmp/
               /in_use.lock
               /storage
current是当前的工作目录，previous是升级HDFS之前的工作目录，在升级时，HDFS并不会将文件从previous拷贝到current目录中，而是遍历previous中的所有文件，在current目录中创建硬链接。

detach目录保存用于copy-on-write的文件，在Datanode重启时需要恢复。

tmp目录保存一些临时数据。

in_use.lock文件用于对datanode加锁，storage文件保存了布局版本及升级版本提示信息。

下面来看current目录的结构，目录中的文件都有blk_前缀，有两类文件：块文件和块元数据文件（.meta后缀）。当目录中数据块的数量增加到64个（由dfs.datanode.numblocks属性设置，子目录的数量也是由该属性设置），datanode会创建一个子目录来存放新的数据。采用树状结构的组织方式，datanode可以有效管理各个目录中的文件，避免将很多文件放在一个目录之中。

2、逻辑结构

三、协议接口
  ClientProtocol：client--->NameNode，表示client和NameNode之间的通信，主要有以下操作
(create、append、setReplication、setPermission、addBlock、setOwner、rename、delete、mkdirs、getListing)

  DataNodeProtocol:dataNode--->namenode，表示datanode和namenode之间的通信，主要有以下操作
               （register、sendHeartBeat、blockReport、blockReceived、reportBadBlocks）

  NameNodeProtocol:secondNameNode--->NameNode表示secondryNameNode和NameNode之间的通信（用于checkpoint，fsimage的备份用）

四、读写操作流程

1、读数据

2、写数据

说明：当datanode完成一个数据块时，就向namenode进行汇报
写数据是按照packet（默认64K）来的，当完成一个packet时，就向dataNode发送数据
client调用flush操作时，不管是否达成一个packet的大小，都向dataNode发送数据
当然调用close操作，银行一个flush操作，并向NameNode进行汇报