HDFS介绍

1. HDFS 副本存放机制

第一份数据来源于客户端
第二份存放的位置是与第一个副本在相同机架上,且不在同一个节点,按照一定的规则(cpu 内存 IO是用率,和硬盘剩余容量)找到一个节点存放
第三份副本的存放位置是与第一第二份数据副本不在同一个机架上,且逻辑与存放副本一和二的机架距离最近的机上,按照一定的规则(cpu 内存 IO是用率,和硬盘剩余容量)找到一个节点进行存放
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2. HDFS数据写入流程

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  1. 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;
  2. client请求第一个block该传输到哪些DataNode服务器上;
  3. NameNode根据配置文件中指定的备份数量及机架感知原理进行文件分配,返回可用的DataNode的地址如:
    A,B,C;
  4. 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;
  5. 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。
  6. 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pipelineack发送给client;
  7. 关闭写入流。
  8. 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. HDFS数据读取流程

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  1. 客户端通过调用FileSystem对象的open()来读取希望打开的文件。
  2. Client向NameNode发起RPC请求,来确定请求文件block所在的位置;
  3. 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;
  4. 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(短路读取特性);
  5. 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;
  6. 并行读取,若失败重新读取
  7. 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;
  8. 返回后续block列表
  9. 最终关闭读流,并将读取来所有的 block 会合并成一个完整的最终文件。

4. HDFS数据完整性

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数据在写入之后进行校验和的计算,DataNode周期性进行校验和计算,将计算结果与第一次的结果进行对比。若相同表示无数据丢失,若不相同表示数据有丢失,丢失进行数据恢复。
数据读取之前对数据进行校验,与第一次的结果进行对比。若相同表示数据没有丢失,可以读取。若不相同表示数据有所丢失。到其他副本读取。

5. HDFS适用场景

一次写入,多次读出的场景。支持数据在文件尾追加。不支持在文件中间追加或修改。

6. HDFS特性

  1. 海量数据存储: HDFS可横向扩展,其存储的文件可以支持PB级别数据。
  2. 高容错性:节点丢失,系统依然可用,数据保存多个副本,副本丢失后自动恢复。可构建在廉价(与小型机大型机比)的机器上,实现线性扩展(随着节点数量的增加,集群的存储能力,计算能力随之增加)。
  3. 大文件存储:DFS采用数据块的方式存储数据,将一个大文件切分成多个小文件,分布存储。

7. HDFS缺点

  1. 不能做到低延迟数据访问: HDFS 针对一次性读取大量数据继续了优化,牺牲了延迟性。

  2. 不适合大量的小文件存储 :
    A:由于namenode将文件系统的元数据存储在内存中,因此该文件系统所能存储的文件总数受限于namenode的内存容量。

    B:每个文件、目录和数据块的存储信息大约占150字节。由于以上两个原因,所以导致HDFS不适合大量的小文件存储

  3. 文件的修改; 不适合多次写入,一次读取(少量读取)

  4. 不支持多用户的并行写。

8. HDFS高级命令

  • HDFS上的某一个特定的目录存储的数据副本 、数据量、文件的个数进行设置。
  • 设置目录可以存储的文件的数量 hdfs dfsadmin -setQuota 100 lisi (文件夹本身算一个)
  • 清空文件夹内数据良方的限制 hdfs dfsadmin -clrQuota /user/root/lisi
  • 限制文件夹下存储的数据量 hdfs dfsadmin -setSpaceQuota 100M /user/root/lisi
  • 清空文件夹数量的限制 hdfs dfsadmin -clrSpaceQuota /user/root/lisi
  • 查看文件夹的限额数 hdfs dfs -count -q -h /user/root/lisi

9. HDFS安全模式

  • 安全模式是HDFS所处的一种特殊状态,在这种状态下,文件系统只接受读数据请求,而不接受删除、修改等变更请求。

  • HDFS什么时候进入安全模式:在NameNode主节点启动时,HDFS首先进入安全模式

  • 在安全模式下做了什么: DataNode在启动的时候会向namenode汇报可用的block等状态

  • 查看hdfs在什么模式 hdfs dfsadmin -safemode get

        进入hdfs安全模式 hdfs dfsadmin -safemode enter
        
        退出hdfs安全模式 hdfs dfsadmin -safemode leave
    

10. Fsimage Edits

  • Fsimage 记录HDFS文件系统的镜像或快照(周期性记录)(此文件相对较小)
  • Edits 记录客户端对进行的所有的增、删、改、追加等操作(没有使用Secondary NameNode之前,不是周期性生成)(此文件相对较大)
  • Fsimage Edits作用:用于还原集群上次关闭时的状态。还原时将两个文件加载到内存,检查、合并最终生成一个新的Fsimage 。原本的Edits失效。

11. 查看Fsimage Edits

在配置文件hdfs-site.xml中记录了两个文件的存放位置。

dfs.namenode.name.dir Fsimage 的存放路径
dfs.namenode.edits.dir edits日志存放的路径

  • 将Fsimage转换成xml
  hdfs oiv -i fsimage_0000000000000024681 -p XML -o test001.xml
  • 将 Edits转换成xml
  hdfs oev -i edits_0000000000000000523-0000000000000024565 -p XML -o test002.xml

12. SecondaryNamenode工作原理

前提:不使用SNN,日志文件会很大,日志大会导致集群恢复到上次关机前的状态花费很长时间,这个时候集群处于安全模式,集群不可用。长时间处于安全模式。
目标:加快集群二次启动的速度。(减少集群二次启动的时间)
SecondaryNamenode周期性复制NameNode的FSIMAGE 和edits到本机(SecondaryNamenode本机),将两个文件进行合并,最终生成全新的Fsimage,将最新的Fsimage发送回Namenode 。
意义:辅助NameNode合并Fsimage Edits.减小了日志的大小,加快了集群的二次启动速度。
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SecondaryNamenode自己独立部署在有一个节点上。此节点的配置要与NameNode相同。

13. 什么时候进行文件拷贝合并

  1. dfs.namenode.checkpoint.period :3600 默认情况下 一小时合并一次
  2. dfs.namenode.checkpoint.txns :1000000 100W次集群操作,进行一次合并
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