【Hadoop学习】HDFS基本原理

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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

clipboard.png

MasterSlave结构。

分为三个角色:NameNodeSecondaryNameNodeDataNode

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

clipboard.png

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

clipboard.png

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

整理自大牛笔记的博文。

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