Hadoop-0.20.0源代码分析（04）

前面，分析了org.apache.hadoop.fs.Filesystem抽象类，我们已经了解到，要实现一个最基本的文件系统都需要包含哪些要点。下面具体到某个实现Filesystem的具体实现类，基于该抽象类Filesystem派生的类的继承关系：

◦org.apache.hadoop.fs.FileSystem (implements java.io.Closeable) ◦org.apache.hadoop.fs.FilterFileSystem ◦org.apache.hadoop.fs.ChecksumFileSystem ◦org.apache.hadoop.fs.InMemoryFileSystem ◦org.apache.hadoop.fs.LocalFileSystem ◦org.apache.hadoop.fs.HarFileSystem ◦org.apache.hadoop.fs.RawLocalFileSystem

 

? extends  FileSystem

 

下面分析FileSystem类的两个直接子类FilterFileSystem与RawLocalFileSystem的实现：

• FilterFileSystem类

这里，首先分析FileSystem抽象类的子类org.apache.hadoop.fs.FilterFileSystem类，它是一个文件系统的实现类，该文件系统包含了一些其他的Filesystem文件系统，并以这些Filesystem文件系统作为基本的文件系统，可能用来转换数据或者提供附加功能。

该类主要是在其内部定义了一个Filesystem属性：

protected FileSystem fs;

其实现了基类Filesystem的全部方法，是通过fs直接调用Filesystem抽象类中的方法达到的，似乎并没有增加任何其它的功能，但是可以作为一个具有最基本功能的文件系统。

• RawLocalFileSystem类

RawLocalFileSystem类是实现了FileSystem的API的一个原生本地文件系统，它的属性如下所示：

static final URI NAME = URI.create("file:///"); // 用"file:///"来标识该文件系统是一个本地文件系统 private Path workingDir; // 用户的当前工作目录

workingDir在该类的构造方法中，通过获取系统的属性“user.dir”属性初始化的：

public RawLocalFileSystem() { workingDir = new Path(System.getProperty("user.dir")).makeQualified(this); }

该类中包含了3个与文件读写相关的内部类，分别为：

TrackingFileInputStream类通过继承自基类FileSystem类的Statistics statistics属性，来跟踪文件系统中数据流动。

LocalFSFileInputStream类包装了一个FileInputStream流属性，通过构造方法构造一个TrackingFileInputStream来完成输入流的相关操作。

LocalFSFileOutputStream类包装了一个FileOutputStream流属性，以来FileOutputStream定义的操作来实现对文件系统中的输出流的操作。该类还实现了org.apache.hadoop.fs.Syncable接口，使得该文件输出流类能够实现并调用该接口定义的sync()方法，实现强制对基本设备的缓冲区执行同步操作。

还有一个内部类，是封装文件信息的实体类RawLocalFileStatus，实现了getGroup、setOwner与getOwner、setPermission与getPermission、execCommand等方法，其中set前缀的方法设置对应的信息都是通过执行Shell命令来实现的；而get前缀的方法获取对应的信息也是通过执行Shell命令，并调用一个私有方法loadPermissionInfo加载必要的信息。

 另外，RawLocalFileSystem继承实现了FileSystem抽象类中基本的文件操作，例如文件创建、打开、删除等等。

 

 ? extends FilterFileSystem

 

下面分析FilterFileSystem类的两个直接子类ChecksumFileSystem与HarFileSystem的实现：

• ChecksumFileSystem类

该类是一个基于校验和的文件系统的抽象类，它继承自FilterFileSystem类，它的特点就是在客户端为每一个原生文件（raw file）创建一个校验和文件，扩展名为“.crc”，用它可以校验原生文件的完整性。

1、增加的属性

这个基于校验和文件的文件系统，增加了如下两个属性：

private int bytesPerChecksum = 512; // 校验和文件的大小 private boolean verifyChecksum = true; // 是否验证校验和

其中，bytesPerChecksum默认值为512字节，你可以通过配置Hadoop的core-default.xml文件中的I/O属性io.bytes.per.checksum：

<property> <name>io.bytes.per.checksum</name> <value>512</value> <description>The number of bytes per checksum. Must not be larger than io.file.buffer.size.</description> </property>

每个校验和文件的大小不能比一个文件所对应的的缓存大，一个文件的缓存大小通过io.file.buffer.size属性可以在core-default.xml文件中进行配置。

verifyChecksum属性默认为true，表示基于ChecksumFileSystem文件系统的文件，在读写过程中，需要检查校验和文件，验证原生文件的完整性。

2、校验和文件

ChecksumFileSystem提供了与校验和文件相关的一些基本的操作：

（1）通过setConf方法，设置文件系统的校验和文件大小：

public void setConf(Configuration conf) { super.setConf(conf); if (conf != null) { bytesPerChecksum = conf.getInt("io.bytes.per.checksum", 512); } }

从基于core-default.xml配置文件的配置类Configuration的实例来获取，默认大小512字节。

（2）判断文件系统中的文件是否是校验和文件：

public static boolean isChecksumFile(Path file) { String name = file.getName(); return name.startsWith(".") && name.endsWith(".crc"); }

一个Path file文件的名称为“.crc”时，才被认为是校验和文件。

（3）获取文件系统校验和文件大小参数：

public int getBytesPerSum() { return bytesPerChecksum; }

（4）获取指定大小的文件对应的校验和文件大小：

public long getChecksumFileLength(Path file, long fileSize) { return getChecksumLength(fileSize, getBytesPerSum()); }

 可以看一下，getChecksumLength方法是如何计算一个校验和文件的大小的：

public static long getChecksumLength(long size, int bytesPerSum) { // 这里给出一计算校验和文件大小的公式： // 校验和文件大小 = ((文件大小 + bytesPerSum + 1)/bytesPerSum)*4 + CHECKSUM_VERSION长度 + 4 return ((size + bytesPerSum - 1) / bytesPerSum) * 4 + CHECKSUM_VERSION.length + 4; }

（5） 计算校验和文件所分配的缓存的大小：

private int getSumBufferSize(int bytesPerSum, int bufferSize) { int defaultBufferSize = getConf().getInt("io.file.buffer.size", 4096); // 获取文件缓存大小，默认为4096 int proportionalBufferSize = bufferSize / bytesPerSum; // 计算每一个校验和文件应该分配的文件缓存大小 return Math.max(bytesPerSum, Math.max(proportionalBufferSize, defaultBufferSize)); }

校验和文件如果全部放入到文件缓存中，至少分配的缓存的大小，等于校验和文件的大小。但是，可能文件缓存bufferSize可能会足够大，从而在为校验和文件分配缓存的时候，可能会比一个校验和文件的大小要大。检验和文件需要加入到文件缓存中，然后系统从缓存中执行读写操作操作。

3、基本文件操作

实现的基本操作包括文件创建、打开、读写、拷贝、移动。最主要的是真正实现了文件在不同文件系统之间的拷贝操作，如下所示：

@Override public void copyFromLocalFile(boolean delSrc, Path src, Path dst) throws IOException { Configuration conf = getConf(); FileUtil.copy(getLocal(conf), src, this, dst, delSrc, conf); } @Override public void copyToLocalFile(boolean delSrc, Path src, Path dst) throws IOException { Configuration conf = getConf(); FileUtil.copy(this, src, getLocal(conf), dst, delSrc, conf); }

其中，文件工具类org.apache.hadoop.fs.FileUtil的copy方法是实现拷贝操作的核心方法，实现过程比较复杂，可以从此处开始一步步跟踪代码，了解拷贝的实现细节。

4、读写校验和文件

当读校验和文件时，是为了验证数据文件的完整性，在该文件系统实现类中，与检查校验和文件相关的类的继承层次关系如下所示：

◦java.io.InputStream ◦org.apache.hadoop.fs.FSInputStream(implements org.apache.hadoop.fs.Seekable, org.apache.hadoop.fs.PositionedReadable) ◦org.apache.hadoop.fs.FSInputChecker ◦org.apache.hadoop.fs.ChecksumFileSystem.ChecksumFSInputChecker

ChecksumFSInputChecker类对一个打开的文件（以FSInputStream输入流的形式），验证该文件与其对应的校验和文件是否匹配，做一个匹配性检查。

该类封装了ChecksumFileSystem、FSDataInputStream、FSDataInputStream三个类的对象，如下所示：

private ChecksumFileSystem fs; // 文件系统 private FSDataInputStream datas; // 原生文件的输入流对象 private FSDataInputStream sums; // 校验和文件的输入流对象

当一个原生文件需要被存储到指定的主机文件系统中，同时计算该文件对应的校验和信息，并将该校验和信息流式写入到对应的校验和文件中。与校验和文件创建与写操作相关的类的继承层次关系如下所示：

◦java.io.OutputStream ◦org.apache.hadoop.fs.FSOutputSummer ◦org.apache.hadoop.fs.ChecksumFileSystem.ChecksumFSOutputSummer

ChecksumFSOutputSummer类为一个校验和文件提供了一个FSDataOutputStream输出流对象，它为原生文件数据生成一个校验和，并流式写入到FSDataOutputStream sums输出流中。

在读写校验和文件的时候，都是将校验和文件数据放到文件缓冲区，通过流对象来执行读写操作。

• HarFileSystem类

 HarFileSystem是Hadoop归档文件系统（Hadoop Archive Filesystem）的实现，该文件系统具有索引文件及其相关内容。用来标识归档文件系统的URI的形式如下所示：

   har://underlyingfsscheme-host:port/archivepath
   或者 
   har:///archivepath 

 

首先看该文件系统的属性：

public static final int VERSION = 1; // HarFileSystem的版本号 private URI uri; // 标识HarFileSystem的URI private int version; // 等于版本号HarFileSystem.VERSION private URI underLyingURI; // HarFileSystem的基本URI private Path archivePath; // 归档的路径Path private Path masterIndex; // masterIndex文件 private Path archiveIndex; // 索引文件 private String harAuth; // HarFileSystem文件系统的URI授权部分字符串

 该文件系统类其它文件系统实现类一样，实现了归档文件系统的中对文件的基本操作。

 

? extends ChecksumFileSystem

 

下面分析ChecksumFileSystem类的直接子类LocalFileSystem类的实现。

LocalFileSystem类实现了FileSystem的API，它是一个基于校验和的本地文件系统。

通过构造方法可以看到，它是以org.apache.hadoop.fs.RawLocalFileSystem为基本文件系统的，如下所示：

public LocalFileSystem() { this(new RawLocalFileSystem()); } public LocalFileSystem(FileSystem rawLocalFileSystem) { super(rawLocalFileSystem); rfs = rawLocalFileSystem; }

该类实现了ChecksumFileSystem类中定义但未实现的，用于向文件系统报告校验和文件出错的方法，同时把出错的校验和文件重命名后，移动到指定的目录（bad_files）中，在该目录中的文件是不能够被重新使用的，如下所示：

public boolean reportChecksumFailure(Path p, FSDataInputStream in, long inPos, FSDataInputStream sums, long sumsPos) { try { File f = ((RawLocalFileSystem)fs).pathToFile(p).getCanonicalFile(); // 得到Path的规范化抽象路径名称 String device = new DF(f, getConf()).getMount(); // 根据路径名称f查询：找到同一设备上可写的最顶层目录，这里使用了Unix系统的df命令获取磁盘使用情况统计数据，确定一个有足够空间可以进行写入操作的目录 File parent = f.getParentFile(); File dir = null; while (parent!=null && parent.canWrite() && parent.toString().startsWith(device)) { dir = parent; parent = parent.getParentFile(); } if (dir==null) { throw new IOException( "not able to find the highest writable parent dir"); } File badDir = new File(dir, "bad_files"); if (!badDir.mkdirs()) { if (!badDir.isDirectory()) { throw new IOException("Mkdirs failed to create " + badDir.toString()); } } String suffix = "." + rand.nextInt(); File badFile = new File(badDir, f.getName()+suffix); LOG.warn("Moving bad file " + f + " to " + badFile); in.close(); // 关闭文件输入流 f.renameTo(badFile); // rename it // 移除校验和文件 File checkFile = ((RawLocalFileSystem)fs).pathToFile(getChecksumFile(p)); checkFile.renameTo(new File(badDir, checkFile.getName()+suffix)); } catch (IOException e) { LOG.warn("Error moving bad file " + p + ": " + e); } return false; }