HDFS架构

1.HDFS的Block块概念

HDFS默认的Block块大小为128 MB。为何HDFS中的一个块那么大？

HDFS的block块比磁盘的块大，目的是为了减小寻址开销。通过让一个块足够大，从磁盘转移数据的时间能够远远大于定位这个块开始端的时间。因此，传送一个由多个块组成的文件的时间就取决于磁盘传输送率。

//HDFS中 fsck 指令会显示块的信息
% hadoop fsck / -files -blocks

2.NN主要功能

　1). NN提供名称查询服务，它是一个Jetty服务器

　2).NN维护着两张关键性的表：①. filename -> blocksequence (namespace) ②. block -> machinelist ("inodes"). 第①张表保存在磁盘，非常珍贵。第②张表每次NN启动时都会在内存中重建。

　3).表①维护着整个HDFS系统的元数据信息。NN不需要从磁盘读取metadata，所有数据都在内存中，硬盘上的元数据文件 fsimage 和edits 只是序列化的结果，只有每次NN启动的时候才会读取。

　4). 表②记录着每个文件的数据块存储的DN，但它并不永久保存块的位置信息，因为这些信息由DN通过每6小时发送一次Block-Report时重建

3.NN目录结构

NN被格式化之后（区别于DN：使用前不用格式化），将产生如下所示的目录结构： 

　1). 实际生产环境中为了安全机制，将dfs.name.dir配置成以逗号隔开的一组目录，各个目录存储的内容相同。这个机制使得系统具备一定的还原能力，特别是当其中一个目录位于NFS之上时（推荐配置）

　2). fsimage文件其实是Hadoop文件系统元数据的一个永久性的检查点，其中包含Hadoop文件系统中的所有目录和文件idnode的序列化信息

　3). edits文件存放的是Hadoop文件系统的所有更新操作的路径，文件系统客户端执行的所以写操作首先会被记录到edits文件中

4.SNN主要功能

每个集群都有一个，SNN只有一个职责：合并NN中的edits到fsimage中，减少NN启动时间。

1. SNN请求NN停止使用edits文件，暂时将新的写操作记录到一个新的edits.new文件中。
2. SNN通过网络从NN拷贝fsimage和edits文件。
3. SNN首先将fsimage加载到内存，然后逐一执行edits中的操作，最后将内存中最新的元数据信息写到本地磁盘，生成新的fsimage文件（该fsimage就是SNN Checkpoint 生成的元数据文件）。
4. SNN通过网络将新的fsimage拷贝到NN。
5. NN用新的fsimage代替旧的fsimage；并用步骤 ① 所产生的edits（不一定为空）代替旧的edits文件。
6. NN拥有最新的fsimage文件和一个更小的edits文件。SNN上也保存着最新的fsimage文件。

除此之外，当NN处于安全模式时，管理员也可以调用以下命令来手动执行合并两文件：

//必须是在安全模式
hdfs dfsadmin -safemode enter
hadoop dfsadmin –saveNamespace

从配置文件hdfs-default.xml中，可以看出SNN定期 3600s=1h 触发一次CheckPoint。不仅可以保证各个CheckPoint阶段的元数据的可靠性，同时，进行fsimage与edits的合并，可以有效限制edits的大小，防止其无限制增长。

5.DN节点( 向NN 发送heartbeat 和 DirectoryScan)

1. DN响应来自HDFS客户端的读写请求，还响应来自NN的创建、删除和复制块的命令。
2. DN启动后，首先向NN注册，然后周期性(21600s = 6小时)的向NN发送目录扫描信息(DirectoryScan)。
3. 向NN定期(3秒一次)发送心跳(heartbeat)保持与其联系，如果NN10分钟没有收到DN的心跳，则认为其已经lost，并将其上的Blcok复制到其他DN节点。 

6.DN目录结构

DN存储目录启动时自动创建，不需要额外格式化【区别于DN】。通过参数dfs.datanode.data.dir 配置。 

• 以blk_ 开始的块文件：节点所存储的数据本身
• 以.meta结尾的元数据文件：包含数据块的长度、Blcok块数据的校验和以及时间戳
• 都是以二进制形式保存的，可以使用读取二进制的命令od 验证

Block副本放置策略：

1. 副本1：上传Client的节点上
2. 副本2：不同机架中的节点上
3. 副本3：与第二个副本同一机架的另一个节点上

7.文件的读取

                     

1)    使用HDFS提供的客户端Client向远程的NN发起RPC请求

2)    NN会视情况返回请求文件的部分或者全部Blcok列表，对于每个Blcok，NN都会返回所有存储该Blcok副本的DN地址

3)    客户端Client会选择距离最近的DN来读取Blcok；如果客户端本身就是DN，将直接从本地读取数据

4)    读取完当前Blcok的数据后，关闭与当前DN的连接，并寻找读取下一个Blcok块的最佳DN

5)    当读完列表中的Blcok后，如若文件读取还没有结束，客户端会继续向NN获取下一批Blcok块的列表

6)    每读取完一个Blcok都会进行CheckSum验证，如果CheckSum验证出现错误，客户端会通知NN，然后再从列表中选择下一个拥有该Blcok副本的DN继续读取

8.文件的写入

 

1)     NameNode发起文件写入的请求

2)    NameNode根据文件大小和文件块配置情况，返回给Client它所管理部分DataNode的信息

3)    Client将文件划分为多个Block，根据DataNode的地址信息，按顺序写入到每一个DataNode块中