HDFS原理及架构

HDFS架构

HDFS是一个master/slave结构的服务，其中NameNode是master，一般只在一台节点上启动；DataNode是slave，一般每台节点都会启动一个；DataNode不断地主动向NameNode发送心跳、汇报block信息等；为了对NameNode进行备份，还会有一个SecondaryNameNode

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HDFS各类操作

1. 创建目录
   
   client与namenode直接交互，在INode中创建目录节点，并将操作写入edit log中即可，全程不需要datanode参与。
2. 删除文件
   
   客户端与namenode交互删除文件，namenode只是标记要删除，但不会主动通知datanode；
   当对应的datanode向namenode发送心跳时，namnode会把删除指令放到返回值里；
   所以一般删除不是立即删除，而是有一定的延迟。
3. 读文件
   
   client先与namenode交互，通过getBlockLocatitions方法获取到文件block所在节点，然后client再与datanode交互获取具体数据；
   block可能不是一次全部返回，可能需要多次调用getBlockLocatitions。
   客户端读数据时如果DN发生故障，则会接着读取下一个数据块儿，并记录这个出故障的节点；读数据返回中包含了数据的校验和，如果发现错误，会报告给NN，并从其它副本读取。
4. 写文件
   
   client先与NN交互，在NN命名空间中创建一个新文件；
   第二步client真正写入之前再跟NN交互获取要在哪儿写，addBlock返回一个LocateBlock对象，包含数据库标志和版本号；
   LocateBlock还提供了跟DN交互的数据流管道，client写入到管道中的数据被分为一个个的文件包，这些被放入到一个输出队列中；
   第三步client跟DN交互写入数据，第一个节点写完，由第一个DN向第二个DN写，写完还要返回ack确认信息；如果收到ack确认信息，则将这个文件包从队列中删除；
   写完一个数据块之后，DN会跟NN交互，向NN提交这个数据块。

对于某个DN发生故障的情况：
1，先关闭数据流通道，正在写的数据包由于没有收到ack，不会从队列中删除，数据不会丢失；
2，正常的DN上的数据块会被赋予一个新的版本号，并通知NN。主要是故障节点恢复后，发现版本号跟NN上的不一致就会自动删除了；
3，数据流管道删除错误节点并重新建立管道，继续在正常几点上写数据；
4，文件关闭后，NN发现此数据库没有达到副本数要求，会选择一个新的DN来复制数据块。

5. SecNameNode备份
   hdfs的元数据保存在Inode对象中，但是namenode是一个单点master，如果数据都在内存则无法进行故障恢复。
   hdfs有一个检查点机制，会把某个时间点内存中的Inode持久化到fsimage文件中，同时对每个操作记录写入到edit log中。
   SecNameNode则负责把namenode上的fsimage和edit log合并。
   
   1，SecNN不断地获取NN上editlog的大小，如果太小则不做处理；
   2，如果editlog较大，则SecNN通知NN发起一次检查点操作；
   3，NN会产出一个新的editlog——edit.new，此后对元数据的操作都写入到edit.new文件中；
   4，而SecNN则通过http接口分别将NN上的fsimage和editlog拉取到SecNN节点上，并在内存中合并，并产出文件fsimage.ckpt;
   5，SecNN再主动通知NN镜像已合并完成；
   6，NN通过http接口拉取过来fsimage.ckpt并覆盖原来的fsimage，最后将edit.new改回edit

HDFS HA

https://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-hadoop-name-node/index.html