HDFS基本原理

Hadoop （HDFS）

Hadoop Distributed File System，分布式文件系统

hdfs-architecture.png

架构中的基本概念

• block

  • 基本存储单位，一般64M，比数据库中的页要大很多
  • 基本的读写单位，类似于磁盘的页，每次都是读写一个块
  • 每个块都会被复制到多台机器，默认复制3份
  • 配置大的block 减少搜寻时间，一般硬盘传输速率比寻道时间要快，大的块可以减少寻道时间
  • 每个块都需要在NameNode上有对应的记录
  • 对数据块进行读写，减少建立网络的连接成本
  • 一个大文件会被拆分成一个个的块，然后存储于不同的机器。如果一个文件少于Block大小，那么实际占用的空间为其文件的大小

• NameNode

  • 存储文件的metadata，运行时所有数据都保存到内存，整个HDFS可存储的文件数受限于NameNode的内存大小
  • 一个Block在NameNode中对应一条记录（一般一个block占用150字节），如果是大量的小文件，会消耗大量内存。同时map task的数量是由splits来决定的，所以用MapReduce处理大量的小文件时，就会产生过多的map task，线程管理开销将会增加作业时间。处理大量小文件的速度远远小于处理同等大小的大文件的速度。因此Hadoop建议存储大文件
  • 数据会定时保存到本地磁盘，但不保存block的位置信息，而是由DataNode注册时上报和运行时维护
  • NameNode中与DataNode相关的信息并不保存到NameNode的文件系统中，而是NameNode每次重启后，动态重建
  • NameNode失效则整个HDFS都失效了，所以要保证NameNode的可用性

• Secondary NameNode

  • 定时与NameNode进行同步,定期合并文件系统镜像和编辑日志，然后把合并后的传给NameNode，替换其镜像，并清空编辑日志，类似于CheckPoint机制
  • NameNode失效后仍需要手工将其设置成主机

• DataNode

  • 保存具体的block数据
  • 负责数据的读写操作和复制操作
  • DataNode启动时会向NameNode报告当前存储的数据块信息，后续也会定时报告修改信息
  • DataNode之间会进行通信，复制数据块，保证数据的冗余性
    HDFS 可靠性

• datanode不可靠，datanode定时发送心跳到Namenode，如果一段时间namenode没有datanode的心跳，则认为其失效，这时Namenode就会将该节点的数据从该节点的复制节点中copy到另外的datanode中，来保证datanode的复制数[图片上传中...(hdfs-read.png-b7387-1550415506760-0)]

• 数据可以毁坏，和datanode失效一样，如果通过检验码检测到数据有问题，同样会复制一份正确的数据到健康的节点

• Namenode也是有可能损坏的，要注意，namenode损坏后整个HDFS就毁了了，所以要做好Namenode备份工作，比如建立HA，或者把namenode数据写入外部库

HDFS - 写文件

hdfs-write.png

1. 客户端发起将数据写入文件
2. 数据会先写入本地临时文件，当临时文件达到一个block的大小时，HDFS client通知NameNode，申请写入文件
3. NameNode在HDFS的文件系统中创建文件，并把blockid和datanode的列表返回给客户端
4. 客户端收到信息，将临时文件写入DataNodes
   1. 客户端将文件内容写入第一个DataNode，一般以4Kb为单位进行传输
   2. 第一个DataNode接收后，将数据写入本地磁盘，同时也传输给第二个DataNode
   3. 依此类推到最后一个DataNode，数据在DataNode之间是通过pipeline的方式进行复制的
   4. 后面的DataNode接收完数据后，都会发送一个确认给前一个DataNode，最终第一个DataNode返回确认给客户端
   5. 当客户端接收到整个block的确认后，会向NameNode发送一个最终的确认信息
   6. 如果写入某个DataNode失败，数据会继续写入其他的DataNode。然后NameNode会找另外一个好的DataNode继续复制，以保证冗余性
   7. 每个block都会有一个校验码，并存放到独立的文件中，以便读的时候来验证其完整性
5. 文件写完后,客户端关闭.NameNode提交文件,这时文件才可见.

HDFS-读文件

hdfs-read.png

1. client向Namenode发送数据请求
2. NameNode返回记录的文件的block和block所在的所有的datanode，包含复制节点
3. client直接从DataNode中读取数据，如果datanode读取失败则从复制节点中读取

HDFS 命令

• fsck ：检查文件的完整性
• start-balancer.sh 重新平衡HDFS
• hdfs dfs -copyFromLocal 从本地磁盘复制文件到HDFS
• 未完待续