HDFS Append时packet的格式以及DataNode对block/checksum文件的处理

HDFS Append时packet的格式以及DataNode对block/checksum文件的处理

HDFS的Block一般比较大，默认64MB/128MB，客户端给DataNode发数据实际上是以Packet的形式发送的，Packet一般只有64KB左右。Packet内部由分为一个个chunk，每个chunk一般情况(后面会说非一般情况)下512Bytes，并且Packet内部对于每个chunk会带上这个chunk的checksum，对于CRC来说，checksum本身占用4Bytes。一个Packet的结构如下:

其中header中包含了一些元信息，比如这个packet是不是所属block的最后一个packet，数据长度多少，编码多少，packet的数据部分的第一个字节在block中的offset，DataNode接到这个Packet是否必须sync磁盘。

下面主要关注当客户端使用如下模式写数据时，数据是怎样被封装成一个个packet的:

FSDataOutputStream out = fs.append(new Path(file));
out.write(b, off, len);
out.hflush()

首先，假设需要进行append的file一开始不存在，没有任何数据。
实际上，out是HdfsDataOutputStream类型，out.write(b,off,len)最终调用了HdfsDataOutputStream包含的DFSOutputStream类型对象，转而调用的是DFSOutputStream的父类FSOutputSummer的write(b,off,len)，FSOutputSummer从名字可以看出，对数据进行了checksum.

FSOutputSummer的write(b,off,len)实质上就一行:

for (int n=0;n<len;n+=write1(b, off+n, len-n)) {}

实际上就是循环的调用write1方法将数据写入，write1方法会去检查是否写入的数据满了一个chunk(正常情况下512Bytes)，如果满了，则为这个chunk计算一个checksum，4个字节，然后将这个chunk和对应的checksum写入当前Packet中(DFSOutputStream的writeChunk方法)，格式就是上面那个图中的格式。当Packet满了，也就是说塞入的chunk的个数到达了预先计算的值，就将这个packet放入dataQueue，后台会有一个DataStreamer线程专门从这个dataQueue中取一个个的packet发送出去。

到这里，都比较清晰，需要注意的是，如果append的file中本身已经存在了一些数据，比如512+512+100Bytes，那么在调用out.write(b,off,len)向file中追加新的数据时，构造的第一个packet中只有一个chunk，并且这个chunk的大小是512-100=412Bytes，这个packet之后的packet的chunk是标准512Bytes。

if (appendChunk && bytesCurBlock%bytesPerChecksum == 0) {
        appendChunk = false;
        // 下次计算checksum时的chunk大小是512Bytes，不再是412Bytes
        resetChecksumChunk(bytesPerChecksum);
}
      

以上代码来自DFSOutputStream的writeChunk方法，其中appendChunk在fs.append时会被置为true，并且bytesCurBlock会初始化为append之前文件的大小，当构造完特殊包后，bytesCurBlock增加了412Bytes，将上次的paritial chunk补齐了。

DataStreamer从dataQueue中取packet发送出去的过程不关注，下面看DataNode针对append如何处理block文件和block的checksum文件。

DataNode上接受Block的逻辑封装在BlockReceiver中，其中,receiveBlock方法中有一段代码

while (receivePacket() >= 0) { /* Receive until the last packet */ }

每调一次receivePacket，DataNode就接收一个packet，将packet的data和checksum都拿出来，进行一次校验，看数据在发送过程中是否损坏，然后看block在当前DataNode上的副本在磁盘上的长度是否是chunk的整数倍，如果不是，则将block checksum文件(blk_1100893627_27540491.meta)的输出流seek到最后一个checksum，并且将最后一个checksum读出来，如下代码：

 if (onDiskLen % bytesPerChecksum != 0) { 
            // prepare to overwrite last checksum
            adjustCrcFilePosition();
 }
          
 // If this is a partial chunk, then read in pre-existing checksum
 if (firstByteInBlock % bytesPerChecksum != 0) {
   LOG.info("Packet starts at " + firstByteInBlock +
                     " for " + block +
                     " which is not a multiple of bytesPerChecksum " +
                     bytesPerChecksum);
   long offsetInChecksum = BlockMetadataHeader.getHeaderSize() +
                onDiskLen / bytesPerChecksum * checksumSize;
   computePartialChunkCrc(onDiskLen, offsetInChecksum, bytesPerChecksum);
 }

然后将数据写入block文件(blk_1100893627),将checksum写入block checksum文件(blk_1100893627_27540491.meta)

block file和block checksum file格式如下：

参考资料

Hadoop 2.5.0