初识HDFS原理及框架

目录

1. hdfs是什么

2. hdfs的优缺点

3. hdfs的框架

4. hdfs的读写流程

5. hdfs命令

6. hdfs参数

1. hdfs是什么

---

 

      hdfs（hadoop distributed file system）是hadoop项目的核心子项目，首先它是一个文件系统，用于存储文件，通过目录树来定位文件位置；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。

2.hdfs的优缺点

---

 

      之所以选择hdfs来存储数据，是具有如下优势：

no	优势	描述
1	高容错性	数据自动保存多个副本。它通过增加副本的形式，提高容错性。 某一个副本丢失以后，它可以自动恢复，这是由 hdfs 内部机制实现的，我们不必关心。
2	适合批处理	它是通过移动计算而不是移动数据。 它会把数据位置暴露给计算框架。
3	适合大数据处理	处理数据达到 gb、tb、甚至pb级别的数据。 能够处理百万规模以上的文件数量，数量相当之大。 能够处理10k节点的规模。
4	流式文件访问	一次写入，多次读取。文件一旦写入不能修改，只能追加。 它能保证数据的一致性。
5	可构建在廉价机器上	它通过多副本机制，提高可靠性。 它提供了容错和恢复机制。比如某一个副本丢失，可以通过其它副本来恢复。

       hdfs也有不适合的场景：

no	缺点	描述
1	低延时数据访问	比如毫秒级的来存储数据，这是不行的，它做不到。 它适合高吞吐率的场景，就是在某一时间内写入大量的数据。但是它在低延时的情况下是不行的，比如毫秒级以内读取数据，这样它是很难做到的。
2	小文件存储	存储大量小文件(这里的小文件是指小于hdfs系统的block大小的文件（默认64m）)的话，它会占用 namenode大量的内存来存储文件、目录和块信息。这样是不可取的，因为namenode的内存总是有限的。 小文件存储的寻道时间会超过读取时间，它违反了hdfs的设计目标。
3	并发写入、文件随机修改	一个文件只能有一个写，不允许多个线程同时写。 仅支持数据 append（追加），不支持文件的随机修改。

3. hdfs框架结构

---

 

 

    hdfs 采用master/slave的架构来存储数据，这种架构主要由四个部分组成，分别为hdfs client、namenode、datanode和secondary namenode。下面我们分别介绍这四个组成部分。

no	角色	功能描述
1	client：就是客户端	文件切分。文件上传 hdfs 的时候，client 将文件切分成 一个一个的block，然后进行存储。 与 namenode 交互，获取文件的位置信息。 与 datanode 交互，读取或者写入数据。 client 提供一些命令来管理 hdfs，比如启动或者关闭hdfs。 client 可以通过一些命令来访问 hdfs。
2	namenode：就是 master，它是一个主管、管理者	管理 hdfs 的名称空间 管理数据块（block）映射信息 配置副本策略 处理客户端读写请求。
3	datanode：就是slave。namenode 下达命令，datanode 执行实际的操作	存储实际的数据块。 执行数据块的读/写操作。
4	secondary namenode：并非 namenode 的热备。当namenode 挂掉的时候，它并不能马上替换 namenode 并提供服务	辅助 namenode，分担其工作量。 定期合并 fsimage和fsedits，并推送给namenode。 在紧急情况下，可辅助恢复 namenode。

4. hdfs的读写流程

---

 

   4.1. hdfs的块大小

       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，老版本中是64m

       hdfs的块比磁盘的块大，其目的是为了最小化寻址开销。如果块设置得足够大，从磁盘传输数据的时间会明显大于定位这个块开始位置所需的时间。因而，传输一个由多个块组成的文件的时间取决于磁盘传输速率。

       如果寻址时间约为10ms，而传输速率为100mb/s，为了使寻址时间仅占传输时间的1%，我们要将块大小设置约为100mb。默认的块大小128mb。

       块的大小：10ms*100*100m/s = 100m

   4.2. hdfs写数据流程

 

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）

   4.3. hdfs读数据流程

 

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。

5.hdfs命令

---

 

1）基本语法

     bin/hadoop fs 具体命令

2）常用命令实操

（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（尚未实现）

            hadoop fs -help movetolocal

             -movetolocal <src> <localdst> :

               not implemented yet

（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

（7）-cat ：显示文件内容

（8）-tail：显示一个文件的末尾

        hadoop  fs  -tail  /weblog/access_log.1

（9）-chgrp 、-chmod、-chown：linux文件系统中的用法一样，修改文件所属权限

        hadoop  fs  -chmod  666  /hello.txt

        hadoop  fs  -chown  someuser:somegrp   /hello.txt

（10）-copyfromlocal：从本地文件系统中拷贝文件到hdfs路径去

        hadoop  fs  -copyfromlocal  ./jdk.tar.gz  /aaa/

（11）-copytolocal：从hdfs拷贝到本地

        hadoop fs -copytolocal /user/hello.txt ./hello.txt

（12）-cp ：从hdfs的一个路径拷贝到hdfs的另一个路径

        hadoop  fs  -cp  /aaa/jdk.tar.gz  /bbb/jdk.tar.gz.2

（13）-mv：在hdfs目录中移动文件

        hadoop  fs  -mv  /aaa/jdk.tar.gz  /

（14）-get：等同于copytolocal，就是从hdfs下载文件到本地

        hadoop fs -get /user/hello.txt ./

（15）-getmerge  ：合并下载多个文件，比如hdfs的目录 /aaa/下有多个文件:log.1, log.2,log.3,...

        hadoop fs -getmerge /aaa/log.* ./log.sum

（16）-put：等同于copyfromlocal

        hadoop  fs  -put  /aaa/jdk.tar.gz  /bbb/jdk.tar.gz.2

（17）-rm：删除文件或文件夹

       hadoop fs -rm -r /aaa/bbb/

（18）-rmdir：删除空目录

       hadoop  fs  -rmdir   /aaa/bbb/ccc

（19）-df ：统计文件系统的可用空间信息

       hadoop  fs  -df  -h  /

（20）-du统计文件夹的大小信息

       hadoop fs -du -s -h /user/data/wcinput

  188.5 m  /user/data/wcinput

        hadoop fs -du  -h /user/data/wcinput

  188.5 m  /user/data/wcinput/hadoop-2.7.2.tar.gz

97     /user/data/wcinput/wc.input

（21）-count：统计一个指定目录下的文件节点数量

        hadoop fs -count /aaa/

        hadoop fs -count /user/data/wcinput

       1                   2          197657784 /user/data/wcinput

嵌套文件层级；  包含文件的总数

（22）-setrep：设置hdfs中文件的副本数量

         hadoop fs -setrep 3 /aaa/jdk.tar.gz 

这里设置的副本数只是记录在namenode的元数据中，是否真的会有这么多副本，还得看datanode的数量。如果只有3台设备，最多也就3个副本，只有节点数的增加到10台时，副本数才能达到10。

6.hdfs相关参数

---

 

no	参数名称	默认值	所属参数文件	描述
1	dfs.block.size, dfs.blocksize	134217728	hdfs-site.xml	以字节计算的新建 hdfs 文件默认块大小。请注意该值也用作 hbase 区域服务器 hlog 块大小。
2	dfs.replication	3	hdfs-site.xml	hdfs文件的数据块复制份数。
3	dfs.webhdfs.enabled	true	hdfs-site.xml	启用 webhdfs 界面，启动50070端口。
4	dfs.permissions	true	hdfs-site.xml	hdfs文件权限检查。
5	dfs.datanode.failed.volumes.tolerated	0	hdfs-site.xml	能够导致dn挂掉的坏硬盘最大数，默认0就是只要有1个硬盘坏了，dn就会shutdown。
6	dfs.data.dir, dfs.datanode.data.dir	xxx,xxx	hdfs-site.xml	datanode数据保存路径，可以写多块硬盘，逗号分隔
7	dfs.name.dir, dfs.namenode.name.dir	xxx,xxx	hdfs-site.xml	namenode本地元数据存储目录，可以写多块硬盘，逗号分隔
8	fs.trash.interval	1	core-site.xml	垃圾桶检查频度（分钟）。要禁用垃圾桶功能，请输入0。
9	dfs.safemode.min.datanodes	0	hdfs-site.xml	指定在名称节点存在 safemode 前必须活动的 datanodes 数量。输入小于或等于 0 的值，以在决定启动期间是否保留 safemode 时将活动的 datanodes 数量考虑在内。值大于群集中 datanodes 的数量时将永久保留 safemode。
10	dfs.client.read.shortcircuit	true	hdfs-site.xml	启用 hdfs short circuit read。该操作允许客户端直接利用 datanode 读取 hdfs 文件块。这样可以提升本地化的分布式客户端的性能
11	dfs.datanode.handler.count	3	hdfs-site.xml	datanode 服务器线程数。默认为3,较大集群,可适当调大些,比如8。
12	dfs.datanode.max.xcievers, dfs.datanode.max.transfer.threads	256	hdfs-site.xml	指定在 datanode 内外传输数据使用的最大线程数，datanode在进行文件传输时最大线程数
13	dfs.balance.bandwidthpersec, dfs.datanode.balance.bandwidthpersec	1048576	hdfs-site.xml	每个 datanode 可用于平衡的最大带宽。单位为字节/秒

以上参数中可能有2个名称，前面一个是老版本1.x的后面的是新版本2.x的。

 

以上资料都是从网络上复制汇总过来的，如介意请告知