淺談HDFS架構

1、HDFS 

　　HDFS（Hadoop Distributed File System）是Hadoop項目的核心子項目，是分布式計算中數據存儲管理的基礎，是基于流數據模式訪問和處理超大文件的需求而開發的，可以運行于廉價的商用服務器上。它所具有的高容錯、高可靠性、高可擴展性、高獲得性、高吞吐率等特征為海量數據提供了不怕故障的存儲，為超大數據集（Large Data Set）的應用處理帶來了很多便利。

2、HDFS 

　　HDFS 源于 Google 在2003年10月份發表的GFS（Google File System） 論文。 

3、HDFS的優缺點

　  優點：

　　1、高容錯性

• 數據自動保存多個副本。它通過增加副本的形式，提高容錯性。

• 某一個副本丟失以后，它可以自動恢復，這是由 HDFS 內部機制實現的，我們不必關心。

　　2、適合批處理

• 它是通過移動計算而不是移動數據。

• 它會把數據位置暴露給計算框架。

　　3、適合大數據處理

• 處理數據達到 GB、TB、甚至PB級別的數據。

• 能夠處理百萬規模以上的文件數量，數量相當之大。

• 能夠處理10K節點的規模。

　　4、流式文件訪問

• 簡化一致性模型，實現一次寫入，多次讀取。文件一旦寫入不能修改，只能追加。

• 它能保證數據的一致性。

　　5、可構建在廉價機器上

• 它通過多副本機制，提高可靠性。

• 它提供了容錯和恢復機制。比如某一個副本丟失，可以通過其它副本來恢復。

　　缺點：

　　1、低延時數據訪問

                 * 比如毫秒級的來存儲數據，這是不行的，它做不到。

                 * 它適合高吞吐率的場景，就是在某一時間內寫入大量的數據。但是                     它在低延時的情況下是不行的，比如毫秒級以內讀取數據，這樣它                     是很難做到的。

　　2、小文件存儲

                *存儲大量小文件(這里的小文件是指小于HDFS系統的Block大小的文                  件（默認64M）)的話，它會占用 NameNode大量的內存來存儲文                      件、目錄和塊信息。這樣是不可取的，因為NameNode的內存總是有                   限的。

               *小文件存儲的尋道時間會超過讀取時間，它違反了HDFS的設計目                     標。

　　3、并發寫入、文件隨機修改

               *一個文件只能有一個寫，不允許多個線程同時寫。

               *僅支持數據 append（追加），不支持文件的隨機修改。

  hdfs的特性：

            * 高容錯，可擴展性及可配置性強

           *  跨平臺

           *  shell命令接口

           * 機架感知功能

           * 負載均衡

           Web界面

4.HDFS存儲數據

　HDFS 采用Master/Slave的架構來存儲數據，這種架構主要由HDFS Client、NameNode、DataNode和Secondary NameNode四個部分組成。

1、Client：就是客戶端。

• 文件切分。文件上傳 HDFS 的時候，Client 將文件切分成 一個一個的Block，然后進行存儲。

• 與 NameNode 交互，獲取文件的位置信息。

• 與 DataNode 交互，讀取或者寫入數據。

• Client 提供一些命令來管理 HDFS，比如啟動或者關閉HDFS。

• Client 可以通過一些命令來訪問 HDFS。

　　2、NameNode：就是 master，它是一個主管、管理者。

• 管理 HDFS 的名稱空間

• 管理數據塊（Block）映射信息

• 配置副本策略

• 處理客戶端讀寫請求。

  
  

  

　　3、DataNode：就是Slave。NameNode 下達命令，DataNode 執行實際的操作。

• 存儲實際的數據塊。

• 執行數據塊的讀/寫操作。

　　4、Secondary NameNode：并非 NameNode 的熱備。當NameNode 掛掉的時候，它并不能馬上替換 NameNode 并提供服務。

• 輔助 NameNode，分擔其工作量。

• 定期合并 fsimage和fsedits，并推送給NameNode。

• 在緊急情況下，可輔助恢復 NameNode。

工作流程：

           secondarynamenode通知namenode切換edits文件

           secondarynamenode從namenode獲得fsimage和edits(通過http)

           secondarynamenode將fsimage載入內存，然后開始合并edits

           secondarynamenode將新的fsimage發回給namenode

           namenode用新的fsimage替換舊的fsimage

5.數據損壞處理

         * 當DN（DataNode）讀取block的時候，它會計算checksum；

         * 如果計算后的checksum，與block創建時值不一樣，說明該block已經損壞。

         * client讀取其它DN上的block；NN(NameNode)標記該塊已經損壞，然后復制block達到預期設置的文件備份數；

         * DN在其文件創建后三周驗證其checksum。

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