HDFS的工作機制
概述
- HDFS集群分為兩大角色：NameNode、DataNode
- NameNode負責管理整個文件系統的元數據
- DataNode 負責管理用戶的文件數據塊
- 文件會按照固定的大小（blocksize）切成若干塊后分布式存儲在若干臺datanode上
- 每一個文件塊可以有多個副本，并存放在不同的datanode上
- Datanode會定期向Namenode匯報自身所保存的文件block信息，而namenode則會負責保持文件的副本數量
- HDFS的內部工作機制對客戶端保持透明，客戶端請求訪問HDFS都是通過向namenode申請來進行
HDFS寫數據流程
概述
客戶端要向HDFS寫數據，首先要跟namenode通信以確認可以寫文件并獲得接收文件block的datanode，然后，客戶端按順序將文件逐個block傳遞給相應datanode，并由接收到block的datanode負責向其他datanode復制block的副本
詳細步驟圖
詳細步驟分析
- 根namenode通信請求上傳文件，namenode檢查目標文件是否已存在，父目錄是否存在
- namenode返回是否可以上傳
- client請求第一個 block該傳輸到哪些datanode服務器上
- namenode返回3個datanode服務器ABC
- client請求3臺dn中的一臺A上傳數據（本質上是一個RPC調用，建立pipeline），A收到請求會繼續調用B，然后B調用C，將真個pipeline建立完成，逐級返回客戶端
- client開始往A上傳第一個block（先從磁盤讀取數據放到一個本地內存緩存），以packet為單位，A收到一個packet就會傳給B，B傳給C；A每傳一個packet會放入一個應答隊列等待應答
- 當一個block傳輸完成之后，client再次請求namenode上傳第二個block的服務器。
HDFS讀數據流程
概述
客戶端將要讀取的文件路徑發送給namenode，namenode獲取文件的元信息（主要是block的存放位置信息）返回給客戶端，客戶端根據返回的信息找到相應datanode逐個獲取文件的block并在客戶端本地進行數據追加合并從而獲得整個文件
詳細步驟圖
詳細步驟解析
- 跟namenode通信查詢元數據，找到文件塊所在的datanode服務器
- 挑選一臺datanode（就近原則，然后隨機）服務器，請求建立socket流
- datanode開始發送數據（從磁盤里面讀取數據放入流，以packet為單位來做校驗）
- 客戶端以packet為單位接收，現在本地緩存，然后寫入目標文件
NAMENODE工作機制
NAMENODE職責
NAMENODE職責：
負責客戶端請求的響應
元數據的管理（查詢，修改）
元數據管理
namenode對數據的管理采用了三種存儲形式：
內存元數據(NameSystem)
磁盤元數據鏡像文件
數據操作日志文件（可通過日志運算出元數據）
元數據存儲機制
- 內存中有一份完整的元數據(內存meta data)
- 磁盤有一個“準完整”的元數據鏡像（fsimage）文件(在namenode的工作目錄中)
- 用于銜接內存metadata和持久化元數據鏡像fsimage之間的操作日志（edits文件）注：當客戶端對hdfs中的文件進行新增或者修改操作，操作記錄首先被記入edits日志文件中，當客戶端操作成功后，相應的元數據會更新到內存meta.data中
元數據手動查看
可以通過hdfs的一個工具來查看edits中的信息
bin/hdfs oev -i edits -o edits.xml
bin/hdfs oiv -i fsimage_0000000000000000087 -p XML -o fsimage.xml
元數據的checkpoint
每隔一段時間，會由secondary namenode將namenode上積累的所有edits和一個最新的fsimage下載到本地，并加載到內存進行merge（這個過程稱為checkpoint）
checkpoint的詳細過程
過程解析
- 從SecondaryNameNode節點通知NameNode進行CheckPoint
- NameNode切換出新的日志文件，以后的日志都寫到新的日志文件中。
- 從SecondaryNameNode節點從節點下載fsimage文件及舊的日志文件，fsimage文件只有第一次下載，以后只需要傳輸edits日志文件
- SecondaryNameNode節點將fsimage文件加載到內存中，并將日志文件與fsimage的合并，然后生成新的fsimage文件。
- 從SecondaryNameNode節點將新的fsimage文件用傳回NameNode節點
- NameNode節點可以將舊的fsimage文件及舊的日志文件切換為新的fsimage和edit日志文件并更新fstime文件，寫入此次checkpoint的時間。
這樣NameNode中只需要花費很少的時間，始終保持了最新的元數據信息，由于有了備份機制，即使宕機后重啟后還是可以恢復元數據，但最新的日志可能來不及同步會有丟失）
checkpoint配置參數
配置在hdfs-site.xml文件中
dfs.namenode.checkpoint.check.period=60#檢查觸發條件是否滿足的頻率，60秒
dfs.namenode.checkpoint.dir=file://${hadoop.tmp.dir}/dfs/namesecondary
以上兩個參數做checkpoint操作時，secondary namenode的本地工作目錄
dfs.namenode.checkpoint.edits.dir=${dfs.namenode.checkpoint.dir}
dfs.namenode.checkpoint.max-retries=3 #最大重試次數
dfs.namenode.checkpoint.period=3600 #兩次checkpoint之間的時間間隔3600秒
dfs.namenode.checkpoint.txns=1000000#兩次checkpoint之間最大的操作記錄
checkpoint的附帶作用
namenode和secondary namenode的工作目錄存儲結構完全相同，所以，當namenode故障退出需要重新恢復時，可以從secondary namenode的工作目錄中將fsimage拷貝到namenode的工作目錄，以恢復namenode的元數據
DATANODE的工作機制
概述
Datanode工作職責：
存儲管理用戶的文件塊數據
定期向namenode匯報自身所持有的block信息（通過心跳信息上報）
（這點很重要，因為，當集群中發生某些block副本失效時，集群如何恢復block初始副本數量的問題）
datanode進程死亡或者網絡故障造成datanode無法與namenode通信，namenode不會立即把該節點判定為死亡，要經過一段時間，這段時間暫稱作超時時長。HDFS默認的超時時長為10分鐘+30秒
配置超時
<property>
<name>dfs.blockreport.intervalMsec</name>
<value>3600000</value>
<description>Determines block reporting interval in milliseconds.</description>
</property>
如果定義超時時間為timeout，則超時時長的計算公式為：
timeout = 2 * heartbeat.recheck.interval + 10 * dfs.heartbeat.interval。
而默認的heartbeat.recheck.interval 大小為5分鐘，dfs.heartbeat.interval默認為3秒。
需要注意的是hdfs-site.xml 配置文件中的heartbeat.recheck.interval的單位為毫秒，dfs.heartbeat.interval的單位為秒。所以，舉個例子，如果heartbeat.recheck.interval設置為5000（毫秒），dfs.heartbeat.interval設置為3（秒，默認），則總的超時時間為40秒。
<property>
<name>heartbeat.recheck.interval</name>
<value>2000</value>
</property>
<property>
<name>dfs.heartbeat.interval</name>
<value>1</value>
</property>
