简介
HDFS(Hadoop Distributed File System )Hadoop分布式文件系统。是根据google发表的论文翻版的。论文为GFS(Google File System)Google 文件系统。
HDFS有很多特点:
① 保存多个副本,且提供容错机制,副本丢失或宕机自动恢复。默认存3份。
(用空间换安全)
② 运行在廉价的机器上。
③ 适合大数据的处理。多大?多小?HDFS默认会将文件分割成block,128M为1个block。然后将block按键值对存储在HDFS上,并将键值对的映射存到内存中(namenode)。如果小文件太多,那内存的负担会很重。
如上图所示,HDFS也是按照Master和Slave的结构。分NameNode、SecondaryNameNode、DataNode这几个角色。
NameNode :是Master节点,是管理者。管理数据块映射;处理客户端的读写请求;配置副本策略;管理HDFS的名称空间;
NameNode保存的metadata包括文件ownership和permission文件包含的block信息
Block保存在那些DataNode节点上(这部分数据并非保存在NameNode磁盘上的,它是在DataNode启动时上报给NameNode的,Name接收到之后将这些信息保存在内存中)
NameNode的metadata信息在NameNode启动后加载到内存中
Metadata存储到磁盘上的文件名称为fsimage
Block的位置信息不会保存在fsimage中
Edits文件记录了客户端操作fsimage的日志,对文件的增删改等。
用户对fsimage的操作不会直接更新到fsimage中去,而是记录在edits中
SecondaryNameNode :分担namenode的工作量;是NameNode的冷备份;合并fsimage和fsedits然后再发给namenode。
合并fsimage和fsedits文件,然后发送并替换NameNode的fsimage文件,同时自己留下一个副本。这个副本可供NameNode毁灭之后的部分文件恢复。
1可以通过配置fs.checkpoint.period修改合并间隔时间,默认1小时
2也可以通过配置edits日志文件的大小,fs.checkpoint.size规定edits文件的最大值,来让SecondaryNameNode来知道什么时候该进行合并操作了。默认是64M
合并过程如下:
DataNode :Slave节点,奴隶,干活的。负责存储client发来的数据块block;执行数据块的读写操作。
热备份 :b是a的热备份,如果a坏掉。那么b马上运行代替a的工作。
冷备份 :b是a的冷备份,如果a坏掉。那么b不能马上代替a工作。但是b上存储a的一些信息,减少a坏掉之后的损失。
fsimage :元数据镜像文件(文件系统的目录树。)
edits :元数据的操作日志(针对文件系统做的修改操作记录)
namenode内存中存储的是=fsimage+edits。
SecondaryNameNode负责定时默认1小时,从namenode上,获取fsimage和edits来进行合并,然后再发送给namenode。减少namenode的工作量。
HDFS优点
高容错性
数据自动保存多个副本
副本丢失后,自动回复
适合批处理 :不适合实时性一些需求的时候
流处理 :近实时的需求
移动的计算和操作
数据位置暴漏给计算框架
适合大数据处理
GB、TB、PB甚至更大
百万规模以上的文件数量
10K+节点
可构建在廉价的机器上
通过副本提高可靠性
提供了容错和恢复机制
HDFS缺点(做不到的)
低延迟数据访问
毫秒级读取
低延迟与高吞吐量
小文件存取
占用NameNode内存空间
寻址时间超过读取时间
并发写入、文件随即修改
一个文件同时只能由一个写入者
仅支持append
工作原理
写操作:
有一个文件FileA,100M大小。Client将FileA写入到HDFS上。
HDFS按默认配置。
HDFS分布在三个机架上Rack1,Rack2,Rack3。
a. Client将FileA按64M分块。分成两块,block1和Block2;
b. Client向nameNode发送写数据请求,如图蓝色虚线①------>。
c. NameNode节点,记录block信息。并返回可用的DataNode,如粉色虚线②--------->。
Block1: host2,host1,host3
Block2: host7,host8,host4
原理:
NameNode具有RackAware机架感知功能,这个可以配置。
若client为DataNode节点,那存储block时,规则为:副本1,同client的节点上;副本2,不同机架节点上;副本3,同第二个副本机架的另一个节点上;其他副本随机挑选。
若client不为DataNode节点,那存储block时,规则为:副本1,随机选择一个节点上;副本2,不同副本1,机架上;副本3,同副本2相同的另一个节点上;其他副本随机挑选。
d. client向DataNode发送block1;发送过程是以流式写入。
流式写入过程 ,
1>将64M的block1按64k的package划分;
2>然后将第一个package发送给host2;
3>host2接收完后,将第一个package发送给host1,同时client想host2发送第二个package;
4>host1接收完第一个package后,发送给host3,同时接收host2发来的第二个package。
5>以此类推,如图红线实线所示,直到将block1发送完毕。
6>host2,host1,host3向NameNode,host2向Client发送通知,说“消息发送完了”。如图粉红颜色实线所示。
7>client收到host2发来的消息后,向namenode发送消息,说我写完了。这样就真完成了。如图黄色粗实线
8>发送完block1后,再向host7,host8,host4发送block2,如图蓝色实线所示。
9>发送完block2后,host7,host8,host4向NameNode,host7向Client发送通知,如图浅绿色实线所示。
10>client向NameNode发送消息,说我写完了,如图黄色粗实线。。。这样就完毕了。
分析 ,通过写过程,我们可以了解到:
①写1T文件,我们需要3T的存储,3T的网络流量带宽。
②在执行读或写的过程中,NameNode和DataNode通过HeartBeat进行保存通信,确定DataNode活着。如果发现DataNode死掉了,就将死掉的DataNode上的数据,放到其他节点去。读取时,要读其他节点去。
③挂掉一个节点,没关系,还有其他节点可以备份;甚至,挂掉某一个机架,也没关系;其他机架上,也有备份。
读操作:
读操作就简单一些了,如图所示,client要从datanode上,读取FileA。而FileA由block1和block2组成。
那么,读操作流程 为:
a. client向namenode发送读请求。
b. namenode查看Metadata信息,返回fileA的block的位置。
block1:host2,host1,host3
block2:host7,host8,host4
c. block的位置是有先后顺序的,先读block1,再读block2。而且block1去host2上读取;然后block2,去host7上读取;
上面例子中,client位于机架外,那么如果client位于机架内某个DataNode上,例如,client是host6。那么读取的时候,遵循的规律是:
优选读取本机架上的数据 。
HDFS文件权限
与Linux文件权限类似
r:read;w:write;x:execute
如果Linux系统用用户xxx使用hadoop命令创建一个文件,那么,在hdfs中这个文件的owner就是xxx
HDFS的权限目的是将控制权交出去,本身只判断用户和权限,至于用户是不是真的,不管。
HDFS安全模式
NameNode启动的时候,首先讲fsimage载入内存,然后按照fsedits中的各项操作修改内存中的fsimage。
当元数据文件在内存中创建完成之后,在NameNode上创建一个新的fsimage替换原fsimage,同时创建一个空的fsedits文件(无需SecodaryNameNode参与)
这时,NameNode是运行在安全模式的。即对外(客户端)只读,所以此段时间内对hdfs的写入、删除、重命名都会失败。
然后NameNode收集各个DataNode的报告,当block达到最小副本数以上时,会被认为“安全”的了,在一定比例的数据块被确定为“安全”后,再过若干事件后,安全模式结束。
当检测到副本数不足的数据块时,该块会被复制,直到达到最小副本数。
Hdfs中数据块的位置并不是由namenode维护的,而是以块列表的形式存储在datanode中的。
HDFS中常用到的命令
1、hdfs fs
hdfs fs -ls /
hdfs fs -lsr
hdfs fs -mkdir /user/hadoop
hdfs fs -put a.txt /user/hadoop/
hdfs fs -get /user/hadoop/a.txt /
hdfs fs -cp src dst
hdfs fs -mv src dst
hdfs fs -cat /user/hadoop/a.txt
hdfs fs -rm /user/hadoop/a.txt
hdfs fs -rmr /user/hadoop/a.txt
hdfs fs -text /user/hadoop/a.txt
hdfs fs -copyFromLocal localsrc dst 与hadoop fs -put功能类似。
hdfs fs -moveFromLocal localsrc dst 将本地文件上传到hdfs,同时删除本地文件。
2、hdfs fsadmin
hdfs dfsadmin -report
hdfs dfsadmin -safemode enter | leave | get | wait
hdfs dfsadmin -setBalancerBandwidth 1000
3、hdfs fsck
4、start-balancer.sh
负载均衡,可以使DataNode节点上选择策略重新平衡DataNode上的数据块的分布