HDFS四个核心的设计包括：心跳机制，安全模式，副本存放策略，负载均衡。
心跳机制：
Hadoop是Master/Slave结构的，Master和Slave之间就是通过心跳机制进行通信的。
具体流程：Master启动时会启动一个IPC Server等待Slave的连接。当Slave启动的时候，会自动连接IPC Server，并且以3秒（默认）为间隔向Master通讯一次。
DataNode（即Slave）会通过心跳机制将自己的状态信息传递给NameNode（即Master）。反过来，NameNode能够通过心跳机制向DataNode发送命令和检测其生存状态。
当DataNode超过timeout（10分钟30秒（默认））没有向NameNode通讯，则认为该DataNode已经挂掉。（DataNode挂掉，不一定是DataNode所在的节点宕机，网络通讯失败也会导致DataNode的通讯请求失败。）
关于心跳机制重要的配置参数（hdfs-site.xml中）：
dfs.heartbeat.interval：心跳间隔，默认为3秒（单位：秒）
timeout = 2 * dfs.namenode.heartbeat.recheck-interval + 10 * dfs.heartbeat.interval
在这里，timeout就是超时时长。dfs.namenode.heartbeat.recheck-interval 默认为5分钟，但需要注意的是，在hdfs-site.xml配置文件中，该参数的单位为毫秒。
安全模式：
安全模式是NameNode的一种状态。
NameNode的三种状态包括：active，standby，safemode；
NameNode进入安全模式的原因：block块的丢失率达到0.1%（默认），为了防止数据的进一步丢失以及防止大批量宕机的情况，NameNode会自动进入安全模式。另外，在HDFS集群正常冷启动的时候，NameNode也会在安全模式下维持相当长的一段时间，这种情况不用担心，因为，在正常运行的HDFS集群中，NameNode的内存中的元数据包括文件路径，副本数，block块的ID，以及每一个block块所在DataNode的信息。但是，在HDFS集群冷启动的时候，此时NameNode内存中的元数据只能从fsimage文件中加载过来，然而，fsimage文件中并没有每一个block块所在DataNode的信息，就会导致，NameNode认为所有的block块都已经丢失，所以会自动进入安全模式。在DataNode启动之后，会通过心跳机制向NameNode汇报自身所持有的block块的信息，在HDFS集群正常启动完成之后，所有DataNode向NameNode汇报完毕之后，NameNode就会自动退出安全模式。
关于安全模式的重要参数：
dfs.namnode.safemode.threshold-pct = 0.999f ：最小副本数要求的block占比超过99.9%
安全模式常用的操作命令：
hdfs dfsadmin -safemode leave：强制Namenode退出安全模式
hdfs dfsadmin -safemode enter：使Namenode进入安全模式
hdfs dfsadmin -safemode get：查看安全模式的状态
hdfs dfsadmin -safemode wait：一直等待到安全模式结束
副本存放策略：
为了保证集群的可靠性，将每一个文件的数据进行分块存储，每一个block块都需要保存3个副本（加上本身一共3个副本（默认）），这些数据块副本分布存储在不同的节点上。又为了保证集群的高性能，就要用到副本存放策略来决定每一个副本存在哪一个节点上。
作用：数据分块存储和副本的存放，是保证集群的可靠性和高性能的关键。
有两个前提：安全性（block块不能丢失，保证至少有一个副本存在。），高性能（考虑带宽问题，不能让寻址时间过长，尽量不浪费带宽。）
副本存放策略遵循：
1. 第一个副本尽量放置在客户端所在的节点上；
2. 第二个副本存放在不同的机架上；
3. 第三个副本和第一个副本尽量在同一个机架上；
关于副本存放策略重要的参数：
dfs.replication(hdfs-site.xml配置文件中)：副本个数（默认为3）
副本存放常用的命令：
hdfs dfs -setrep num file：设置某个文件的副本数（num为副本数，file为文件全限定名称）
负载均衡：
在HDFS集群中每个DataNode节点磁盘占用率相对平衡。在HDFS集群中，一个节点宕机或者添加一个新的节点，会导致该HDFS集群负载不均衡。
此时，我们可以手动进行负载均衡：
start-baancer.sh -t 10%($HADOOP_HOME/sbin目录下)：开始进行负载均衡（-t 10%：最高和最低的磁盘占用率不能超过10%）
HDFS集群默认是不允许balance操作占用太大的网络带宽，默认该操作的速度为1M/s。如果你嫌太慢，可以手动调整：
命令：hdfs dfsadmin -setBalanacerBandwidth 10485760（单位为字节，即10M/s）
参数：dfs.balance.bandwidthPerSe(在hdfs-site.xml配置文件中)