HDFS基本介绍&读写流程

1、Hadoop内部组成

HDFS: 海量数据的存储
MapReduce: 海量数据的离线计算
Yarn: 集群资源调度

2、HDFS全称

Hadoop Distribute File System 即 Hadoop分布式文件系统
主要作用：即存储海量数据
为什么能存储海量数据？？ 因为其空间大，空间大的原因为服务器多、磁盘多。且支持扩展

3、HDFS组成部分

管理者-Master NameNode 集群中有1-2个，用于管理集群中的工作者
工作者-Slave DataNode 集群中有多个 用于存储计算数据 辅助管理
SecondaryNameNode 集群中有0-1 只负责辅助NameNode管理工作

4、HDFS存储数据的方式

以数据块的方式存储数据。默认一个数据块128M，该数值可以修改。 注意：这里的128仅仅是切分数据的阈值。
一个大的数据被切分成多个小的128M的数据块，分别存储在集群多个节点的不同位置。 数据副本机制 数据副本默认是3份。
一个数据存储到HDFS后，数据自动复制两份，共三份（三分相同的数据-数据冗余）

5、数据副本存放机制

第一个副本在客户端所在的节点（客户端也是集群内的节点），若客户端在集群外，那么根据一定的计算规则选一个节点。
第二份副本，在与第一份相同机柜，且不在同一个服务器的节点上。
第三份与第一份第二份不在同一个机柜，且逻辑距离（网络拓扑）最近的机柜选择一个节点存储。

6、什么是名字空间

名字空间：HDFS文件系统的目录树，目录结构。

7、NameNode的作用

1、 维护目录树，维护命名空间。
2、 负责确定指定的文件块到具体的Datanode结点的映射关系。（在客户端与Datanode之间共享数据）
3、管理Datanode结点的状态报告

8、DataNode的作用

1、 负责管理它所在结点上存储的数据的读写，及存储数据。
2、 向Namenode结点报告DataNode节点的状态。
3、 通过流水线复制实现三份数据副本，

9、HDFS写入数据的流程

1、 client发起文件上传请求，通过RPC与NameNode建立通讯，NameNode检查目标文件是否已存在，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；
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中第一个DataNode节点A将pipelineack发送给client;
7、关闭输出流。
8、 当一个block传输完成之后，client再次请求NameNode上传第二个block到服务器。

10、HDFS读取数据的流程

1、客户端通过调用FileSystem对象的open()来读取希望打开的文件。
2、Client向NameNode发起RPC请求，来确定请求文件block所在的位置；
3、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； 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 Client 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(短路读取特性)；
5、 底层上本质是建立 SocketStream（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、并行读取，若失败重新读取
7、 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；
8、返回后续block列表
9、最终关闭读流，并将读取来所有的 block 会合并成一个完整的最终文件。

11、数据校验

1、 数据第一次写入成功后，会进行数据校验，获得校验和。
2、 数据读取前，对数据进行校验，获得校验和，计算得到的校验和与第一次上传后的校验和进行对比。
3、 两个校验和相同表示数据相同，可以提读取数据
4、 两个校验和不相同表示数据不相同，节点去其他节点读取
5、 数据节点周期进行校验和计算，防止数据丢失。

12、DataNode节点丢失周期

DataNode节点长时间没有给NameNode汇报心跳，NameNode认为其丢失。
长时间（10分钟+30秒）： 2 * 超时时间 +10 * 心跳周