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HDFS基本原理

来源:网络整理 浏览:258次 时间:2020-03-30

1. NameNode概述

a、 NameNode是HDFS的核心。

b、 NameNode也称为Master。

c、 NameNode仅存储HDFS的元数据:文件系统中所有文件的目录树,并跟踪整个集群中的文件。

d、 NameNode不存储实际数据或数据集。数据本身实际存储在DataNodes中。

e、 NameNode知道HDFS中任何给定文件的块列表及其位置。使用此信息NameNode知道如何从块中构建文件。

f、 NameNode并不持久化存储每个文件中各个块所在的DataNode的位置信息,这些信息会在系统启动时从数据节点重建。

g、 NameNode对于HDFS至关重要,当NameNode关闭时,HDFS / Hadoop集群无法访问。

h、 NameNode是Hadoop集群中的单点故障。

i、 NameNode所在机器通常会配置有大量内存(RAM)。
HDFS基本原理
2. DataNode概述

a、 DataNode负责将实际数据存储在HDFS中。

b、 DataNode也称为Slave。

c、 NameNode和DataNode会保持不断通信。

d、 DataNode启动时,它将自己发布到NameNode并汇报自己负责持有的块列表。

e、 当某个DataNode关闭时,它不会影响数据或群集的可用性。NameNode将安排由其他DataNode管理的块进行副本复制。

f、 DataNode所在机器通常配置有大量的硬盘空间。因为实际数据存储在DataNode中。

g、 DataNode会定期(dfs.heartbeat.interval配置项配置,默认是3秒)向NameNode发送心跳,如果NameNode长时间没有接受到DataNode发送的心跳, NameNode就会认为该DataNode失效。

h、 block汇报时间间隔取参数dfs.blockreport.intervalMsec,参数未配置的话默认为6小时.

 

3. HDFS的工作机制

NameNode负责管理整个文件系统元数据;DataNode负责管理具体文件数据块存储;Secondary NameNode协助NameNode进行元数据的备份。

HDFS的内部工作机制对客户端保持透明,客户端请求访问HDFS都是通过向NameNode申请来进行。
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HDFS基本原理
3.1. HDFS写数据流程

详细步骤解析:

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;

注:Hadoop在设计时考虑到数据的安全与高效,数据文件默认在HDFS上存放三份,存储策略为本地一份,同机架内其它某一节点上一份,不同机架的某一节点上一份。

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pipeline ack发送给client;

7、 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。

3.2. HDFS读数据流程

详细步骤解析:

1、 Client向NameNode发起RPC请求,来确定请求文件block所在的位置;

2、 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;

3、 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;

5、 底层上本质是建立Socket Stream(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、 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;

7、 读取完一个block都会进行checksum验证,如果读取DataNode时出现错误,客户端会通知NameNode,然后再从下一个拥有该block副本的DataNode继续读。

8、 read方法是并行的读取block信息,不是一块一块的读取;NameNode只是返回Client请求包含块的DataNode地址,并不是返回请求块的数据;

9、 最终读取来所有的block会合并成一个完整的最终文件。

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