Hadoop学习:深度剖析HDFS原理

在配置hbase集群将 hdfs 挂接到其它镜像盘时,有不少困惑的地方,结合以前的资料再次学习;  大数据底层技术的三大基石起源于Google在2006年之前的三篇论文GFS、Map-Reduce、 Bigtable,其中GFS、Map-Reduce技术直接支持了Apache Hadoop项目的诞生,Bigtable催生了NoSQL这个崭新的数据库领域,由于map-Reduce处理框架高延时的缺陷, Google在2009年后推出的Dremel促使了实时计算系统的兴起,以此引发大数据第二波技术浪潮,一些大数据公司纷纷推出自己的大数据查询分析产品,如:Cloudera开源了大数据查询分析引擎ImpalaHortonworks开源了 StingerFackbook开源了Presto、UC Berkeley AMPLAB实验室开发了Spark计算框架,所有这些技术的数据来源均基于hdsf, 对于 hdsf 最基本的不外乎就是其读写操作

目录:

hdfs 名词解释

hdsf 架构

NameNode(NN)

Secondary NN

hdfs 写文件

hdfs 读文件

block持续化结构

HDFS名词解释:

Block: 在HDFS中,每个文件都是采用的分块的方式存储,每个block放在不同的datanode上,每个block的标识是一个三元组(block id, numBytes,generationStamp),其中block id是具有唯一性,具体分配是由namenode节点设置,然后再由datanode上建立block文件,同时建立对应block meta文件

Packet:在DFSclient与DataNode之间通信的过程中,发送和接受数据过程都是以一个packet为基础的方式进行

Chunk:中文名字也可以称为块,但是为了与block区分,还是称之为chunk。在DFSClient与DataNode之间通信的过程中,由于文件采用的是基于块的方式来进行的,但是在发送数据的过程中是以packet的方式来进行的,每个packet包含了多个chunk,同时对于每个chunk进行checksum计算,生成checksum bytes

小结:

一个文件被拆成多个block持续化存储(block size 由配置文件参数决定)  思考: 修改 block size 对以前持续化的数据有何影响?

数据通讯过程中一个 block 被拆成 多个 packet

一个 packet 包含多个 chunk

Packet结构与定义: Packet分为两类,一类是实际数据包,另一类是heatbeat包。一个Packet数据包的组成结构,如图所示

Hadoop学习:深度剖析HDFS原理

上图中,一个Packet是由Header和Data两部分组成,其中Header部分包含了一个Packet的概要属性信息,如下表所示:

Hadoop学习:深度剖析HDFS原理

Data部分是一个Packet的实际数据部分,主要包括一个4字节校验和(Checksum)与一个Chunk部分,Chunk部分最大为512字节

在构建一个Packet的过程中,首先将字节流数据写入一个buffer缓冲区中,也就是从偏移量为25的位置(checksumStart)开始写Packet数据Chunk的Checksum部分,从偏移量为533的位置(dataStart)开始写Packet数据的Chunk Data部分,直到一个Packet创建完成为止。

当写一个文件的最后一个Block的最后一个Packet时,如果一个Packet的大小未能达到最大长度,也就是上图对应的缓冲区中,Checksum与Chunk Data之间还保留了一段未被写过的缓冲区位置,在发送这个Packet之前,会检查Chunksum与Chunk Data之间的缓冲区是否为空白缓冲区(gap),如果有则将Chunk Data部分向前移动,使得Chunk Data 1与Chunk Checksum N相邻,然后才会被发送到DataNode节点

hdsf架构:

hdfs的构架图网上一堆,抓了一张表述比较清楚的图如下, 主要包含因类角色:Client、NameNode、SecondayNameNode、DataNode

Hadoop学习:深度剖析HDFS原理

HDFS Client: 系统使用者,调用HDFS API操作文件;与NN交互获取文件元数据;与DN交互进行数据读写, 注意:写数据时文件切分由Client完成 

Namenode:Master节点(也称元数据节点),是系统唯一的管理者。负责元数据的管理(名称空间和数据块映射信息);配置副本策略;处理客户端请求

Datanode:数据存储节点(也称Slave节点),存储实际的数据;执行数据块的读写;汇报存储信息给NN

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