HDFS（一）

参考：

http://hadoop.apache.org/docs/r1.0.4/cn/hdfs_design.html

https://www.cnblogs.com/zsql/p/11587240.html

Hadoop Distribute File System：Hadoop分布式文件系统，Hadoop核心组件之一，作为大数据生态圈最底层的分布式存储服务而存在。

架构

架构图：主从结构

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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，负责存储和管理文件系统元数据信息（包括namespace目录结构、文件块位置信息等）以及客户端对文件的访问；
Datanode负责管理它所在节点上的存储；
SecondaryNameNode是主角色的辅助角色，帮助主角色进行元数据的合并；

NameNode

维护和管理文件系统元数据，包括名称空间目录树结构、文件和块的位置信息、访问权限等信息；HDFS的访问的唯一入口
内部通过内存和磁盘文件两种方式管理元数据，其中磁盘文件上的元数据文件包括FileSystemimage内存元数据镜像文件（快照）和edits log编辑日志；

DataNode

负责具体的数据块存储，DataNode的数量决定了HDFS集群的整体数据存储能力，通过与NameNode配合维护着数据块。
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Secondary NameNode

充当NameNode的辅助接点，但不能替代NameNode。当NameNode启动时，NameNode合并FSimage和edits log文件以还原当前文件系统名称空间，如果edits log过大不利于加载，Secondary NameNode就辅助NameNode从NameNode下载FSimage文件和edits log文件进行合并。

重要特性

主从架构
分块存储机制
副本机制（冗余存储）
namespace：层次性文件组织结构
元数据管理：文件自身属性信息；文件块位置映射信息；
数据块存储

HDFS写数据流程

Pipeline管道

客户端将数据块写入第一个数据节点，第一个数据节点保存数据之后再将块复制到第二个数据节点，后者保存后将其复制到第三个数据节点。

为什么datanode之间采用pipeline线性传输，而不是一次给三个datanode拓扑式传输？数据传输采用管道的方式，线性的沿着一个方向传输，这样能够充分的利用每个机器的带宽，避免网络瓶颈和高延迟时的连接，最小化推送所有数据的延时。在线性推送模式下，每台机器所有的出口带宽都用于以最快的速度传输数据，而不是在多个接受者之间分配带宽。

ACK应答响应

副本存储策略

第一块副本：优先客户端本地，否则随机；
第二块副本：不同于第一块副本的机架；
第三块副本：与第二块副本相同机架的不同机器；

写数据流程

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HDFS客户端创建FileSystem对象实例DistributedFileSystem，FileSystem封装了与文件系统操作的相关方法。
调用DistributedFileSystem对象的create()方法，通过RPC请求NameNode创建文件。NameNode执行各种检查判断：目标文件是否存在、父目录是否存在、客户端是否具有创建该文件的权限等，检查通过后，NameNode会为本次请求记下一条记录，返回FSDataOutputStream输出流对象给客户端用于写数据。
客户端通过FSDataOutputStream开始写入数据（FSDataOutputStream是DFSOutputStream包装类）。
客户端写入数据时，DFSOutputStream将数据分成一个个数据包（package默认64k），并写入一个内部数据队列中（data queue）；DFSOutputStream有一个内部类DataStreamer，用于请求NameNode挑选出适合存储数据副本的一组DataNode，默认是3副本存储。DataStreamer将数据包流式传输到pipeline的第一个DataNode，该DataNode存储数据包并将它发送到pipeline的第二个DataNode，同样，第二个DataNode存储数据包并且发送给第三个DataNode。
DFSOutputStream也维护着一个内部数据包队列来等待DataNode的ack，称之为确认队列（ack queue），收到pipeline中所有DataNode确认信息后，该数据才会从确认队列中删除。
客户端完成数据写入后，在FSDataOutputStream输出流上调用close()方法关闭。
DistributedFileSystem联系NameNode告知其文件写入完成，等待NameNode确认。

HDFS读数据流程

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HDFS客户端创建FileSystem对象实例DistributedFileSystem，FileSystem封装了与文件系统操作的相关方法，调用DistributedFileSystem对象的open()方法来打开希望读取的文件。
DistributedFileSystem使用RPC调用NameNode来确定文件前几个块的快位置（分批次读取）信息。对于每个块，NameNode返回具有该块所有副本的DataNode位置地址列表，并且该地址列表是排序好的（与客户端的网络拓扑距离近的排序靠前）。
DistributedFileSystem将FSDataInputStream输入流返回到客户端以供其读取数据。
客户端在FSDataInputStream输入流上调用read()方法，然后，已存储DataNode地址的DFSInputStream连接到文件中第一块的最近DataNode，数据从DataNode流回客户端。
当该块结束时，DFSInputStream将关闭与DataNode的连接，然后寻找下一块的最佳DataNode。客户端从流中读取数据时，也会根据需要询问NameNode来检索下一批数据块的DataNode位置信息。
一旦客户端完成读取，就对FSDataInputStream调用close()方法。