【Hadoop学习】HDFS基本原理

HDFS简介

HDSF

Hadoop Distributed File System, Hadoop分布式文件系统。

特点

1. 保存多个副本，且提供容错机制，副本丢失或宕机自动恢复。默认存3份。

2. 运行在廉价的机器上。

3. 适合大数据的处理。HDFS默认会将文件分割成block，64M为1个block。
   然后将block按键值对存储在HDFS上，并将键值对的映射存到内存中。如果小文件太多，那内存的负担会很重。
   (笔记：HDFS不适合小文件存储：小文件多，造成内存负担。)

系统结构

Master和Slave结构。

分为三个角色：NameNode、SecondaryNameNode、DataNode。

NameNode

Master节点，大领导。

1. 管理数据块映射；

2. 处理客户端的读写请求；

3. 配置副本策略；

4. 管理HDFS的名称空间。

5. namenode 内存中存储的是 = fsimage + edits。

SecondaryNameNode

小弟，分担大哥namenode的工作量。

SecondaryNameNode负责定时默认1小时，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的冷备份。 

DataNode

Slave节点，奴隶，干活的。

1. 存储client发来的数据块block；

2. 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。

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。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）。(?还是不懂)

edits

元数据的操作日志（针对文件系统做的修改操作记录）

工作原理

写操作

写操作原理图

写操作场景

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。

写操作流程

1. Client将FileA按64M分块。分成两块，block1和Block2;
2. Client向nameNode发送写数据请求，如图蓝色虚线①--->。

3. 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。 (?没明白)
   

4. 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向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发送通知，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block1写完了。这样block1就完成了。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发送通知，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。
   

写操作总结

 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。
 

读操作

读操作原理图

读操作场景

client要从datanode上，读取FileA。而FileA由block1和block2组成。

读操作流程

1. client向namenode发送读请求；

2. namenode查看Metadata信息，返回fileA的block的位置：

   block1:host2,host1,host3
   
   block2:host7,host8,host4
   

3. 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。

注：
上面例子中，client位于机架外，那么如果client位于机架内某个DataNode上，例如,client是host6。那么读取的时候，遵循的规律是：优选读取本机架上的数据。