Hadoop HDFS 原理详解

[Hadoop] HDFS 详解一（原理篇）

目录

• HDFS的工做机制
• 概述
• HDFS 写数据流程
• HDFS 读数据流程
• NameNode的工做机制
• NameNode的职责
• 元数据的管理
• DataNode的工做机制
• 概述
• 观察验证DataNode 功能

HDFS的工做机制

工做机制的学习主要是为加深对分布式系统的理解，以及加强遇到各类问题时的分析解决能力，造成必定的集群运维能力。

不少不是真正理解hadoop技术体系的人会经常以为HDFS可用于网盘类应用，但实际并不是如此。要想将技术准确用在恰当的地方，必须对技术有深入的理解。

概述

• 1.HDFS集群分为两大角色：NameNode、DataNode
• 2.NameNode负责管理整个文件系统的元数据（元数据就是文件数据块放置在DataNode位置和数量等信息）
• 3.DataNode 负责管理用户的文件数据块
• 4.文件会按照固定的大小（blocksize）切成若干块后分布式存储在若干台datanode上
• 5.每个文件块能够有多个副本，并存放在不一样的datanode上
• 6.Datanode会按期向Namenode汇报自身所保存的文件block信息，而namenode则会负责保持文件的副本数量
• 7.HDFS的内部工做机制对客户端保持透明，客户端请求访问HDFS都是经过向namenode申请来进行

HDFS 写数据流程

• 概述
  客户端要向HDFS写数据，首先要跟Namenode通讯以确承认以写文件并得到接收文件block的Datanode，而后，客户端按顺序将文件逐个block传递给相应Datanode，并由接收到block的Datanode负责向其余Datanode复制block的副本

 

HDFS写数据流程图

• 写数据步骤详解
  一、Client向Namenode通讯请求上传文件，Namenode检查目标文件是否已存在，父目录是否存在
  二、Namenode返回是否能够上传
  三、Client请求第一个 block该传输到哪些Datanode服务器上
  四、Namenode返回3个Datanode服务器ABC
  五、Client请求3台DataNode中的一台A上传数据（本质上是一个RPC调用，创建pipeline），A收到请求会继续调用B，而后B调用C，将真个pipeline创建完成，逐级返回客户端
  六、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，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
  七、当一个block传输完成以后，Client再次请求Namenode上传第二个block的服务器。

HDFS 读数据流程

• 概述
  客户端将要读取的文件路径发送给namenode，namenode获取文件的元信息（主要是block的存放位置信息）返回给客户端，客户端根据返回的信息找到相应datanode逐个获取文件的block并在客户端本地进行数据追加合并从而得到整个文件

 

HDFS读数据流程图

• 读数据步骤详解
  一、跟namenode通讯查询元数据，找到文件块所在的datanode服务器
  二、挑选一台datanode（就近原则，而后随机）服务器，请求创建socket流
  三、datanode开始发送数据（从磁盘里面读取数据放入流，以packet为单位来作校验）
  四、客户端以packet为单位接收，如今本地缓存，而后写入目标文件

NAMENODE工做机制

• NAMENODE职责

• 负责客户端请求的响应

• 元数据的管理（查询，修改）

• 元数据管理
  namenode对数据的管理采用了三种存储形式：

• 内存元数据(NameSystem)

• 磁盘元数据镜像文件

• 数据操做日志文件（可经过日志运算出元数据）

• 元数据存储机制

• A、内存中有一份完整的元数据(内存meta data)

• B、磁盘有一个“准完整”的元数据镜像（fsimage）文件(在namenode的工做目录中)

• C、用于衔接内存metadata和持久化元数据镜像fsimage之间的操做日志（edits文件）

  注：当客户端对hdfs中的文件进行新增或者修改操做，操做记录首先被记入edits日志文件中，当客户端操做成功后，相应的元数据会更新到内存meta.data中

• 元数据手动查看
  能够经过hdfs的一个工具来查看edits中的信息
  bin/hdfs oev -i edits -o edits.xml 
bin/hdfs oiv -i fsimage_0000000000000000087 -p XML -o fsimage.xml

• 元数据的checkpoint
  每隔一段时间，会由secondary namenode将namenode上积累的全部edits和一个最新的fsimage下载到本地，并加载到内存进行merge（这个过程称为checkpoint）

• checkpoint的详细过程

 

checkpoint 流程图

• checkpoint操做的触发条件配置参数
  dfs.namenode.checkpoint.check.period=60 #检查触发条件是否知足的频率，60秒
  dfs.namenode.checkpoint.dir=file://${hadoop.tmp.dir}/dfs/namesecondary
  dfs.namenode.checkpoint.edits.dir=${dfs.namenode.checkpoint.dir} #以上两个参数作checkpoint操做时，secondary namenode的本地工做目录
  dfs.namenode.checkpoint.max-retries=3 #最大重试次数
  dfs.namenode.checkpoint.period=3600 #两次checkpoint之间的时间间隔3600秒
  dfs.namenode.checkpoint.txns=1000000 #两次checkpoint之间最大的操做记录

• checkpoint的附带做用
  namenode和secondary namenode的工做目录存储结构彻底相同，因此，当namenode故障退出须要从新恢复时，能够从secondary namenode的工做目录中将fsimage拷贝到namenode的工做目录，以恢复namenode的元数据

DATANODE的工做机制

• 概述

• Datanode工做职责：
  一、存储管理用户的文件块数据
  二、按期向namenode汇报自身所持有的block信息（经过心跳信息上报）（这点很重要，由于，当集群中发生某些block副本失效时，集群如何恢复block初始副本数量的问题）

   <property>  
   <name>dfs.blockreport.intervalMsec</name>
   <value>3600000</value> 
   <description>Determines block reporting interval in milliseconds.  
   </description> 
   </property>
  

• Datanode掉线判断时限参数
  datanode进程死亡或者网络故障形成datanode没法与namenode通讯，namenode不会当即把该节点断定为死亡，要通过一段时间，这段时间暂称做超时时长。HDFS默认的超时时长为10分钟+30秒。若是定义超时时间为timeout，则超时时长的计算公式为:
  timeout = 2 * heartbeat.recheck.interval + 10 * dfs.heartbeat.interval

  而默认的heartbeat.recheck.interval 大小为5分钟，dfs.heartbeat.interval默认为3秒。
  须要注意的是hdfs-site.xml 配置文件中的heartbeat.recheck.interval的单位为毫秒，dfs.heartbeat.interval的单位为秒。因此，举个例子，若是heartbeat.recheck.interval设置为5000（毫秒），dfs.heartbeat.interval设置为3（秒，默认），则总的超时时间为40秒。

         <property>  
             <name>heartbeat.recheck.interval</name>
             <value>2000</value>  
         </property>  
         <property> 
             <name>dfs.heartbeat.interval</name>  
             <value>1</value>
         </property> 

   

• 观察验证DATANODE功能
  上传一个文件，观察文件的block具体的物理存放状况：
  在每一台datanode机器上的这个目录中能找到文件的切块：
  /home/hadoop/app/hadoop-2.7.3/tmp/dfs/data/current/BP-193442119-192.168.88.3-1432458743457/current/finalized

 

转自简书：https://www.jianshu.com/p/855dff19fd66