1、NameNode概述
- NameNode是HDFS的核心。
- NameNode也称为Master。
- NameNode 仅存储HDFS的元数据:文件系统中所有文件的目录树,并跟踪整个集群中的文件。
- NameNode不存储实际数据或数据集。数据本身实际存储在DataNodes中。
- NameNode知道HDFS中任何给定文件的块列表及其位置。使用此信息NameNode知道如何从块中构建文件。
- NameNode并不持久化存储每个文件中各个块所在的DataNode的位置信息,这些信息会在系统启动时从数据节点重建。
- NameNode对于HDFS至关重要,当NameNode关闭时,HDFS/Hadoop集群无法访问。
- NameNode是Hadoop集群中的单点故障。
- NameNode所在机器通常会配置有大量内存(RAM)。
2、DataNode概述
- DataNode负责将实际数据存储在HDFS中。
- DataNode也称为Slave。
- NameNode和DataNode会保持不断通信。
- DataNode 启动时,它将自己发布到 NameNode 并汇报自己负责持有的块列表。
- 当某个DataNode关闭时,它不会影响数据或群集的可用性。NameNode将安排由其他DataNode管理的块进行副本复制。
- DataNode 所在机器通常配置有大量的硬盘空间。因为实际数据存储在DataNode中。
- DataNode会定期(dfs.heartbeat.interval 配置项配置,默认是 3 秒)向NameNode发送心跳,如果NameNode长时间没有接受到 DataNode 发送的心跳, NameNode 就会认为该 DataNode 失效。
- block 汇报时间间隔取参数dfs.blockreport.intervalMsec,参数未配置的话默认为 6 小时。
3、HDFS的工作机制
NameNode负责管理整个文件系统元数据;DataNode负责管理具体文件数据块存储;Secondary NameNode协助NameNode进行元数据的备份。
HDFS 的内部工作机制对客户端保持透明,客户端请求访问 HDFS 都是通过向NameNode申请来进行。
3.1HDFS写数据流程
- client发起文件上传请求,通过RPC与 NameNode 建立通讯,NameNode检查目标文件是否已存在,父目录是否存在,返回是否可以上传;
- client请求第一个block该传输到哪些 DataNode 服务器上;
- NameNode 根据配置文件中指定的备份数量及副本放置策略进行文件分配,返回可用的 DataNode 的地址,如:A,B,C;
注:默认存储策略由 BlockPlacementPolicyDefault 类支持。也就是日常生活中提到最经典的 3 副本策略。
1st replica 如果写请求方所在机器是其中一个datanode,则直接存放在本地,否则随机在集群中选择一个datanode。
2nd replica 第二个副本存放于不同第一个副本的所在的机架。
3rd replica 第三个副本存放于第二个副本所在的机架,但是属于不同的节点。 - client请求3台DataNode中的一台A上传数据(本质上是一个RPC调用,建立 pipeline),A 收到请求会继续调用B,然后B调用C,将整个pipeline建立完成,后逐级返回client;
- client开始往A上传第一个block(先从磁盘读取数据放到一个本地内存缓存),以packet为单位(默认 64K),A收到一个packet就会传给B,B传给C;A 每传一个packet会放入一个应答队列等待应答。
- 数据被分割成一个个packet数据包在pipeline上依次传输,在pipeline反方向上,逐个发送 ack(命令正确应答),最终由pipeline中第一个DataNode节点A将pipeline ack发送给client;
- 当一个block传输完成之后,client再次请求NameNode上传第二个block到服务器。
3.2HDFS读数据流程
详细步骤解析
- Client向NameNode发起RPC请求,来确定请求文件block所在的位置;
- NameNode会视情况返回文件的部分或者全部block列表,对于每个block,NameNode都会返回含有该block副本的DataNode地址;
- 这些返回的DN地址,会按照集群拓扑结构得出DataNode与客户端的距离,然后进行排序,排序两个规则:网络拓扑结构中距离Client近的排靠前;心跳机制中超时汇报的DN状态为 STALE,这样的排靠后;
- Client选取排序靠前的DataNode来读取block,如果客户端本身就是DataNode,那么将从本地直接获取数据;
- 底层上本质是建立Socket Stream(FSDataInputStream),重复的调用父类 DataInputStream的read方法,直到这个块上的数据读取完毕;
- 当读完列表的block后,若文件读取还没有结束,客户端会继续向NameNode获取下一批的 block列表;
- 读取完一个block都会进行checksum验证,如果读取DataNode时出现错误,客户端会通知 NameNode,然后再从下一个拥有该block副本的DataNode继续读。
- read方法是并行的读取block信息,不是一块一块的读取;NameNode只是返回Client请求包含块的DataNode地址,并不是返回请求块的数据;
- 最终读取来所有的 block 会合并成一个完整的最终文件。