一，HDFS特点
优点：
（1）高容错性：数据自动保存多个副本；副本丢失后，自动恢复；
（2）适合批处理：移动计算而非数据；数据位置暴露给计算框架（Block偏移量）；
（3）适合大数据处理：GB 、TB 、甚至PB 级数据；百万规模以上的文件数量；10K+ 节点；
（4）可构建在廉价机器上：通过多副本提高可靠性；提供了容错和恢复机制；
缺点：
（1）低延迟数据访问：反应慢
（2）小文件存取：占用NameNode 大量内存；寻道时间超过读取时间
（3）并发写入、文件随机修改：一个文件只能有一个写者；仅支持append
二，存储模型
（1）文件被线性切割成块Block，每个块都有它的偏移量offset（byte），Block分散存储在集群节点中。
（2）单一文件的Block大小一致，文件与文件的Block大小可以不一致。
（3）Block可以设置副本数，副本分散在不同节点中。副本不能超过节点数量。
（4）已上传的文件的Block副本数可以调整，大小不变。block默认128M，最小1M。
（5）只支持一次写入多次读取，但是可以用append追加数据。
三，架构模型
（1）主从架构
（2）NameNode节点保存文件的元数据（单节点），DateNode保存文件Block数据（多节点）
元数据：文件描述信息
（3）DateNode与NameNode保持心跳，提交Block列表（datanode主动汇报）
（4）HdfsClient与NameNode交互元数据信息，获取元数据信息，找到数据所在datanode，客户端直接去和datanode交互
（5）HdfsClient与DateNode交互文件Block数据（防止namenode单节点瓶颈）
（6）（大数据相关的都是C/S架构，web开发B/S架构）
四，角色
NameNode（NN）
（1）基于内存存储
- 不会和磁盘发生交换
- 只存在内存中
- 持久化（单向）
内存掉电易失，通过快照(fsimage)+日志文件(edits)实现持久化。快照只能是定时记录，容易丢失部分数据，所以要结合日志文件。掉电后，上电时先把快照加载到 内存，然后增量执行日志
（2）NameNode主要功能
- 接受客户端的读写服务
- 收集DateNode汇报的Block列表信息
（3）NameNode保存的metadata(元数据)信息
- 文件overship和permissions
- 文件大小、时间
- Block列表：Block偏移量
Block每个副本的位置（由DateNode上报，NameNode不保存）
DateNode(DN)
（1）本地磁盘目录存储数据(Block)，文件形式。同时存储块的md5（校验文件完整性）
（2）启动DN时会向NN汇报Block信息
（3）通过向NN发送心跳保持与其联系(3s一次)，如果NN10分钟没有收到DN心跳，则认为其已经lost，并copy其上的Block到其他DN
SecondaryNameNode（SNN）（1.x版本）
（1）它不是NN的备份（但可以做备份），它的主要工作是帮助NN合并edits log，减少NN启动时间。
（2）SNN在不停的做执行合并操作，只要满足以下下条件
- 根据配置文件设置的时间间隔fs.checkpoint.period 默认3600秒
- 根据配置文件设置edits log大小 fs.checkpoint.size 规定edits文件的最大值默认是64MB
五，放置策略
第一个副本：放置在上传文件的DN；如果是集群外提交，则随机挑选一台磁盘不太满，CPU不太忙的节点。
第二个副本：放置在于第一个副本不同的 机架的节点上。
第三个副本：与第二个副本相同机架的节点。
更多副本：随机节点
六，hadoop读、写流程
HDFS写流程
（1）客户端和NameNode请求块的3个位置
（2）NameNode根据副本存放规则返回3个位置
（3）客户端根据3个位置做pipeline，以更小的包做流式传输
更小的包：把一个块切分成更小的块逐个传输
流式：第一个小块传输到DN1后，第二个小块继续向DN1传输的同时，DN1上一个小块就可以同步进行副本传输到DN2，实现了时间上的并行传输
（4）第一个块传完后线性处理第二个块
（5）节点各自心跳汇报，时间也重叠，块的副本数对客户端透明，传输时间约等于一个文件的传输时间，不会因为副本数增加
HDFS读流程
（1）和NN获取一部分Block副本位置列表
（2）线性和DN获取Block，最终合并为一个文件
（3）在Block副本列表中按距离择优选取
（4）MD5验证数据完整性
七，HDFS高可用
HDFS 2.x
1、解决HDFS 1.0中单点故障和内存受限问题。
2、解决单点故障
- HDFS HA：通过主备NameNode解决
- 如果主NameNode发生故障，则切换到备NameNode上
3、解决内存受限问题
- HDFS Federation(联邦)
- 水平扩展，支持多个NameNode；
- （2）每个NameNode分管一部分目录；
- （1）所有NameNode共享所有DataNode存储资源
4、2.x仅是架构上发生了变化，使用方式不变
5、对HDFS使用者透明
6、HDFS 1.x中的命令和API仍可以使用
HDFS 2.x HA
1、主备NameNode
2、解决单点故障（属性，位置）
- 主NameNode对外提供服务，备NameNode同步主NameNode元数据，以待切换
- 所有DataNode同时向两个NameNode汇报数据块信息（位置）
- JNN:集群（属性）
当Active Namenode执行了修改操作时，它会定期将执行的操作记录在editlog中，并写入JNN的多数节点中。而Standby Namenode会一直监听JNN上editlog的变化，如果发现editlog有改动，Standby Namenode就会读取editlog并与当前的合并。当发生了错误切换时，Standby节点会保证已经从JNN上读取了所有editlog并与之合并，然后才会从Standby状态切换为Active状态。通过这种机制，保证了Active Namenode与Standby Namenode之间命名空间状态的一致性，也就是第一关系链的一致性
- standby：备，完成了edits.log文件的合并产生新的image，推送回ANN
3、两种切换选择
- 手动切换：通过命令实现主备之间的切换，可以用HDFS升级等场合
- 自动切换：基于Zookeeper实现
4、基于Zookeeper自动切换方案
- ZooKeeper Failover Controller：监控NameNode健康状态，进程分别在两个namenode所在的机器上
- 并向Zookeeper注册NameNode
- NameNode挂掉后，ZKFC为NameNode竞争锁，获得ZKFC 锁的NameNode变为active
脑裂：在HA架构中有一个非常重非要的问题，就是需要保证同一时刻只有一个处于Active状态的Namenode，否则机会出现两个Namenode同时修改命名空间的问，也就是脑裂（Split-brain）。脑裂的HDFS集群很可能造成数据块的丢失，以及向Datanode下发错误的指令等异常情况。