HDFS学习

3.5  HDFS存储原理

 3.5.1 冗余数据保存

作为一个分布式文件系统，为了保证系统的容错性和可用性，HDFS采用了多副本方式对数据进行冗余存储，通常一个数据块的多个副本会被分布到不同的数据节点上。
 

如图所示，数据块1被分别存放到数据节点A和C上，数据块2被存放在数据节点A和B上。

这种多副本方式具有以下几个优点：

（1）加快数据传输速度

（2）容易检查数据错误

（3）保证数据可靠性

 3.5.2 数据存取策略

 1.数据存放

Ø第一个副本：放置在上传文件的数据节点；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

Ø第二个副本：放置在与第一个副本不同的机架的节点上

Ø第三个副本：与第一个副本相同机架的其他节点上

Ø更多副本：随机节点

2. 数据读取

ØHDFS提供了一个API可以确定一个数据节点所属的机架ID，客户端也可以调用API获取自己所属的机架ID

Ø当客户端读取数据时，从名称节点获得数据块不同副本的存放位置列表，列表中包含了副本所在的数据节点，可以调用API来确定客户端和这些数据节点所属的机架ID，当发现某个数据块副本对应的机架ID和客户端对应的机架ID相同时，就优先选择该副本读取数据，如果没有发现，就随机选择一个副本读取数据

3. 数据复制（采用流水线策略）

当客户端需要向HDFS中写入一个文件时，文件首先被写入本地计算机。

（1）按照HDFS的设置被切分成一定大小的块，具体大小由HDFS设置。

（2）每个块都会向HDFS的NameNode节点发起写请求。

（3）NameNode节点会根据系统中各个DataNode节点的使用情况，选择一个合适的DataNode节点列表返回给客户端。

（4）客户端随后会将数据首先写入列表中的第一个DataNode节点，同时将列表传给该节点。

3 数据复制（采用流水线策略）

（5）第一个DataNode节点在接收到一定数量的数据后，会向列表中的第二个DataNode节点发起连接请求，并把自己已经接收到的数据和列表传给第二个节点。

（6）第二个节点在接收到数据后，也会向列表中的第三个节点发起连接请求。依此类推。这样，列表中的多个DataNode节点形成了一条数据复制的流水线。

 3.5.3 数据错误与恢复

HDFS具有较高的容错性，可以兼容廉价的硬件，它把硬件出错看作一种常态，而不是异常，并设计了相应的机制检测数据错误和进行自动恢复，主要包括以下几种情形：

Ø 名称节点出错

Ø 数据节点出错

Ø 数据出错。

1. 名称节点出错

名称节点保存了所有的元数据信息，其中，最核心的两大数据结构是FsImage和Editlog，如果这两个文件发生损坏，那么整个HDFS实例将失效。解决方案：

（ 1 ）把名称节点上的元数据信息同步存储到其他文件系统，如 NFS ；

（ 2 ）运行一个第二名称节点，当名称节点死机后，可以把运行第二名称节点作为一种弥补，但这种做法有问题，问题在哪？

最优做法： NFS 和第二名称节点结合用

2. 数据节点出错

Ø 每个数据节点会定期向名称节点发送“心跳”信息，向名称节点报告自己的状态。

Ø 当数据节点发生故障，或者网络发生断网时，名称节点就无法收到来自一些数据节点的心跳信息，这时，这些数据节点就会被标记为“宕机”，节点上面的所有数据都会被标记为“不可读”，名称节点不会再给它们发送任何 I/O 请求。

Ø 这时，有可能出现一种情形，即由于一些数据节点的不可用，会导致一些数据块的副本数量小于冗余因子。

Ø 名称节点会定期检查这种情况，一旦发现某个数据块的副本数量小于冗余因子，就会启动数据冗余复制，为它生成新的副本。

Ø HDFS 和其它分布式文件系统的最大区别就是可以调整冗余数据的位置。

3. 数据出错

Ø 网络传输和磁盘错误等因素，都会造成数据错误

Ø 客户端在读取到数据后，会采用 md5 和 sha1 对数据块进行校验，以确定读取到正确的数据

Ø 在文件被创建时，客户端就会对每一个文件块进行信息摘录，并把这些信息写入到同一个路径的隐藏文件里面

Ø 当客户端读取文件的时候，会先读取该信息文件，然后，利用该信息文件对每个读取的数据块进行校验，如果校验出错，客户端就会请求到另外一个数据节点读取该文件块，并且向名称节点报告这个文件块有错误，名称节点会定期检查并且重新复制这个块。

3.6 HDFS数据读写过程

Ø FileSystem 是一个通用文件系统的抽象基类，可以被分布式文件系统继承，所有可能使用 Hadoop 文件系统的代码，都要使用这个类

Ø Hadoop 为 FileSystem 这个抽象类提供了多种具体实现

Ø DistributedFileSystem 就是 FileSystem 在 HDFS 文件系统中的具体实现

Ø FileSystem 的 open() 方法返回的是一个输入流 FSDataInputStream 对象，在 HDFS 文件系统中，具体的输入流就是 DFSInputStream ；

Ø FileSystem 中的 create() 方法返回的是一个输出流 FSDataOutputStream 对象，在 HDFS 文件系统中，具体的输出流就是 DFSOutputStream 。