HDFS基本原理--工作机制

HDFS基本原理

1.NameNode概述

1. NameNode是HDFS的核心；
2. NameNode 也称为Master；
3. NameNode 仅存储HDFS的元数据:文件系统中所有文件的目录树并跟踪整个集群中的文件。
4. NameNode ==不存储实际数据或数据集==。数据本身实际存储在DataNodes中。
5. NameNode 知道HDFS 中任何给定文件的块列表及其位置。使用此信NameNode知道如何从块中构建文件。
6. NameNode 并不持久化存储每个文件中各个块所在的DataNode的位置信息，这些信息会在系统启动时从数据节点重建。
7. NameNode 对于HDFS至关重要，当NameNode关闭时，HDFS / Hadoop 集群无
 法访问。
8. NameNode是Hadoop集群中的单点故障。
9. NameNode 所在机器通常会配置有大量内存(RAM)。

2.DataNode 概述

1. DataNode 负责将实际数据存储在HDFS中；
2. DataNode也称为Slave；
3. NameNode 和DataNode会保持不断通信；
4. DataNode 启动时，它将自已发布到NameNode并汇报自己负责持有的块列表。
5. 当某个DataNode关闭时，它不会影响数据或群集的可用性；NameNode将安排由其他DataNode管理的块进行副本复制；
6. DataNode 所在机器通常配置有大量的硬盘空间。因为实际数据存储在DataNode中；
7. DataNode 会定期(dfs. heartbeat. interval配置项配置，默认是1秒)向NameNode发送心跳，如果NameNode长时间没有接受到DataNode发送的心跳，NameNode 就会认为该DataNode失效。
8. block 汇报时间间隔取参数dfs. blockreport. intervalMsec, 参数未配置的话默认为6小时。

3.HDFS工作机制

​ NameNode负责管理整个文件系统元数据；

​ DataNode 负责管理具体文件数据块存储；

​ Secondary NameNode协助NameNode进行元数据的备份。

​ HDFS的内部工作机制对客户端保持透明，客户端请求访问HDFS都是通过向

NameNode申请来进行。

​ HDFS采用master/slave架构。一个HDFS集群是由一个Namenode和一定数目的Datanodes组成。Namenode是一个中心服务器，负责管理文件系统的名字空间(namespace)以及客户端对文件的访问。集群中的Datanode一般是一个节点一个，负责管理它所在节点上的存储。HDFS暴露了文件系统的名字空间，用户能够以文件的形式在上面存储数据。从内部看，一个文件其实被分成一个或多个数据块，这些块存储在一组Datanode上。Namenode执行文件系统的名字空间操作，比如打开、关闭、重命名文件或目录。它也负责确定数据块到具体Datanode节点的映射。Datanode负责处理文件系统客户端的读写请求。在Namenode的统一调度下进行数据块的创建、删除和复制。

3.1HDFS 写数据流程

详细步骤解析:

1. client发起文件上传请求，通过RPC与NameNode建立通讯，NameNode
   检查日标文件是否已存在，父目录是否存在，返回是否可以上传:
2. client 请求第一个block该传输到哪些DataNode服务器上;
3. NameNode 根据配置文件中指定的备份数量及机架感知原理进行文件分
   配，返回可用的DataNode的地址如: A, B, C;
   注: Nedop在设计时考虑利数据的安全与高效，数据文件默认在HDFS上存放
   三份，存储策略为本增一份， 网机架内其它某一节点上一份，不网机架的某一
   节点上一份。
4. client 请求3台DataNode中的一台A上传数据(本质上是一个RPC调用，建立pipeline). A收到请求会继续调用B，然后B调用C，将整个pipeline建立完成，后逐级返回client;
5. client 开始往A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(默认64K), A收到一个packet就会传给B,B传给C；A每传一个packet会放入一个应答队列等待应答。
6. 数据被分割成一个个packet 数据包在pipeline上依次传输，在pipeline反方向上，逐个发送ack（命令正确应答），最终由pipeline中的第一个DataNode节点A将pipeline ack发送给client；
7. 当一个block传输完成后，client再次请求NameNode上传第二个block到服务器。

3.2HDFS 读数据流程

详细步骤解析:

1. Client向NameNode发起RPC请求,来确定请求文件block所在的位置；
2. NameNode会视情况返回文件的部分或者全部block列表,对于每个block,
   NameNode都会返回含有该block副本的DataNode地址；
3. 这些返回的DN地址，会按照集群拓扑结构得出DataNode 与客户端的距离，然后进行排序，排序两个规则:网络拓扑结构中距离CIient近的排靠前;心跳机制中超时汇报的DN状态为STALE,这样的排靠后;
4. Client选取排序靠前的DataNode来读取block， 如果客户端本身就是DataNode,那么将从本地直接获取数据；
5. 底层上本质是建立Socket Stream (FSDataInputStream),重复的调用父类DataInputStream的read方法，直到这个块上的数据读取完毕；
6. 当读完列表的block后，若文件读取还没有结束，客户端会继续向NameNode获取下一批的block列表；
7. 读取完一个block都会进行checksum验证，如果读取DataNode时出现错误，客户端会通知NameNode, 然后再从下一个拥有该block 副本的DataNode继续读。
8. read方法是并行的读取block信息，不是一块一块的读取；NameNode只是返回Client请求包含块的DataNode地址，并不是返回请求块的数据；
9. 最终读取来的所有block会合并为一个完整的最终文件。