HDFS（Hadoop Distributed File System ）Hadoop分布式文件系统，是Google 文件系统GFS（Google File System）的开源实现。

HDFS有很多特点：

1. 简单的文件模型。
2. 兼容廉价的硬件设备。
3. 适合大数据处理。
4. 数据流读写。
5. 强大的跨平台兼容性。

在实现上述特点的同时，也使得自身具有一些应用局限性，主要包括;

1. 不适合低延迟数据访问。
2. 无法高效存储大量小文件。
3. 不支持多用户写入及任意修改文件。

---

体系结构

如上图所示，HDFS也是按照Master和Slave的结构。分NameNode、SecondaryNameNode、DataNode这几个角色。

NameNode：是Master节点，是大领导。管理数据块映射；处理客户端的读写请求；配置副本策略；管理HDFS的名称空间；

SecondaryNameNode：是一个小弟，分担大哥Namenode的工作量；是NameNode的冷备份；合并fsimage和fsedits然后再发给namenode。

DataNode：Slave节点，负责存储client发来的数据块block；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。）

EditLog：元数据的操作日志（针对文件系统做的修改操作记录）

NameNode内存中存储的是=FsImage+EditLog。
SecondaryNameNode负责定时（默认1小时）从NameNode上，获取FsImage和EditLog来进行合并，然后再发送给namenode。能有效解决Editlog逐渐变大带来的问题。另外，可作为名称节点的“检查点”，周期性地备份名称节点中的元数据信息，当名称节点发生故障时，就可以用第二名称节点中记录的元数据信息来进行系统恢复。

---

工作原理

写操作：

有一个文件FileA，100M大小。Client将FileA写入到HDFS中。
HDFS分布在三个机架上Rack1，Rack2，Rack3。

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。
   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。

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想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，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，说我写完了。这样就真完成了。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，host7向Client发送通知，如图浅绿色实线所示。
10. client向NameNode发送消息,确认发送完毕。

分析写过程，我们可以了解到：
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：

读操作流程为：

a. client向NameNode发送读请求。

b. NameNode查看Metadata信息，返回fileA的block的位置。

c. 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；

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。