淺談HDFS架構(gòu)

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(shù)據(jù)存儲管理的基礎(chǔ)，是基于流數(shù)據(jù)模式訪問和處理超大文件的需求而開發(fā)的，可以運行于廉價的商用服務(wù)器上。它所具有的高容錯、高可靠性、高可擴(kuò)展性、高獲得性、高吞吐率等特征為海量數(shù)據(jù)提供了不怕故障的存儲，為超大數(shù)據(jù)集（Large Data Set）的應(yīng)用處理帶來了很多便利。

2、HDFS 

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

3、HDFS的優(yōu)缺點

　  優(yōu)點：

　　1、高容錯性

• 數(shù)據(jù)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(fù)，這是由 HDFS 內(nèi)部機(jī)制實現(xiàn)的，我們不必關(guān)心。

　　2、適合批處理

• 它是通過移動計算而不是移動數(shù)據(jù)。

• 它會把數(shù)據(jù)位置暴露給計算框架。

　　3、適合大數(shù)據(jù)處理

• 處理數(shù)據(jù)達(dá)到 GB、TB、甚至PB級別的數(shù)據(jù)。

• 能夠處理百萬規(guī)模以上的文件數(shù)量，數(shù)量相當(dāng)之大。

• 能夠處理10K節(jié)點的規(guī)模。

　　4、流式文件訪問

• 簡化一致性模型，實現(xiàn)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(shù)據(jù)的一致性。

　　5、可構(gòu)建在廉價機(jī)器上

• 它通過多副本機(jī)制，提高可靠性。

• 它提供了容錯和恢復(fù)機(jī)制。比如某一個副本丟失，可以通過其它副本來恢復(fù)。

　　缺點：

　　1、低延時數(shù)據(jù)訪問

                 * 比如毫秒級的來存儲數(shù)據(jù)，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(nèi)寫入大量的數(shù)據(jù)。但是                     它在低延時的情況下是不行的，比如毫秒級以內(nèi)讀取數(shù)據(jù)，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(tǒng)的Block大小的文                  件（默認(rèn)64M）)的話，它會占用 NameNode大量的內(nèi)存來存儲文                      件、目錄和塊信息。這樣是不可取的，因為NameNode的內(nèi)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(shè)計目                     標(biāo)。

　　3、并發(fā)寫入、文件隨機(jī)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?jǐn)?shù)據(jù) append（追加），不支持文件的隨機(jī)修改。

  hdfs的特性：

            * 高容錯，可擴(kuò)展性及可配置性強(qiáng)

           *  跨平臺

           *  shell命令接口

           * 機(jī)架感知功能

           * 負(fù)載均衡

           Web界面

4.HDFS存儲數(shù)據(jù)

　HDFS 采用Master/Slave的架構(gòu)來存儲數(shù)據(jù)，這種架構(gòu)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(jìn)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(shù)據(jù)。

• Client 提供一些命令來管理 HDFS，比如啟動或者關(guān)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(shù)據(jù)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(dá)命令，DataNode 執(zhí)行實際的操作。

• 存儲實際的數(shù)據(jù)塊。

• 執(zhí)行數(shù)據(jù)塊的讀/寫操作。

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

• 輔助 NameNode，分擔(dān)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(fù) 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(nèi)存，然后開始合并edits

           secondarynamenode將新的fsimage發(fā)回給namenode

           namenode用新的fsimage替換舊的fsimage

5.數(shù)據(jù)損壞處理

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

         * 如果計算后的checksum，與block創(chuàng)建時值不一樣，說明該block已經(jīng)損壞。

         * client讀取其它DN上的block；NN(NameNode)標(biāo)記該塊已經(jīng)損壞，然后復(fù)制block達(dá)到預(yù)期設(shè)置的文件備份數(shù)；

         * DN在其文件創(chuàng)建后三周驗證其checksum。

   關(guān)注大數(shù)據(jù)and機(jī)器學(xué)習(xí)公眾號，一起開創(chuàng)未來。

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