有些分布式系统对并发性有很高的要求,通常是使用MVCC:Multiversion concurrency control,多版本并发控制技术。本质是使用COW+Version+CAS这个技术组合来提升系统并发性。
二.HDFS的架构与设计分布式服务主要有分布式存储、计算、协调服务,HDFS是作为最底层的分布式存储服务而存在的,是Hadoop的分布式文件系统组件,它与现有的分布式文件系统有很多相似之处。然而与其他的分布式文件系统的差异也是显着的。HDFS是高容错的,被设计成在低成本硬件上部署。HDFS为应用数据提供高吞吐量的访问,适用于具有大规模数据集的应用程序。HDFS放松了一些POSIX的要求,以便提供流式方式来访问文件系统数据。HDFS的最初是作为Apache Nutch网络搜索引擎项目的基础。目前HDFS是一个Apache Hadoop的子项目。
1.HDFS设计目标
1)硬件错误是常态,而非异常情况,HDFS可能是有成百上千的server组成,任何一个组件都有可能一直失效,因此错误检测和快速、自动的恢复是HDFS的核心架构目标。
2)跑在HDFS上的应用与一般的应用不同,它们主要是以流式读为主,做批量处理;比之关注数据访问的低延迟问题,更关键的在于数据访问的高吞吐量。
3)HDFS以支持大数据集合为目标,一个存储在上面的典型文件大小一般都在千兆至T字节,一个单一HDFS实例应该能支撑数以千万计的文件。
4)HDFS应用对文件要求的是write-one-read-many访问模型。一个文件经过创建、写,关闭之后就不需要改变。这一假设简化了数据一致性问 题,使高吞吐量的数据访问成为可能。典型的如MapReduce框架,或者一个web crawler应用都很适合这个模型。
5)移动计算的代价比之移动数据的代价低。一个应用请求的计算,离它操作的数据越近就越高效,这在数据达到海量级别的时候更是如此。将计算移动到数据附近,比之将数据移动到应用所在显然更好,HDFS提供给应用这样的接口。
6)在异构的硬件和软件平台上的可移植性。
2.HDFS核心组件-NameNode和DataNode
HDFS采用master/slave架构。一个HDFS集群是有一个Namenode和一定数目的Datanode组成。Namenode是一个中心服务器,负责管理文件系统的namespace和客户端对文件的访问。Datanode在集群中一般是一个节点一个,负责管理节点上它们附带的存储。在内部,一个文件其实分成一个或多个block,这些block存储在Datanode集合里。Namenode执行文件系统的namespace操作,例如打开、关闭、重命名文件和目录,同时决定block到具体Datanode节点的映射。Datanode在Namenode的指挥下进行block的创建、删除和复制。Namenode和Datanode都是设计成可以跑在普通的廉价的运行Linux的机器上。HDFS采用java语言开发,因此可以部署在很大范围的机器上。一个典型的部署场景是一台机器跑一个单独的Namenode节点,集群中的其他机器各跑一个Datanode实例。这个架构并不排除一台机器上跑多个Datanode,不过这比较少见。集群中单一Namenode的结构大大简化了系统的架构。Namenode是所有HDFS元数据的仲裁者和管理者,这样,用户数据永远不会流过Namenode。
HDFS架构图:
3.名字空间(NameSpace)
HDFS支持传统的层次型文件组织结构。用户或者应用程序可以创建目录,然后将文件保存在这些目录里。文件系统名字空间的层次结构和大多数现有的文件系统类似:用户可以创建、删除、移动或重命名文件。当前,HDFS不支持用户磁盘配额和访问权限控制,也不支持硬链接和软链接。但是HDFS架构并不妨碍实现这些特性。Namenode负责维护文件系统的名字空间,任何对文件系统名字空间或属性的修改都将被Namenode记录下来。应用程序可以设置HDFS保存的文件的副本数目。文件副本的数目称为文件的副本系数,这个信息也是由Namenode保存的。
4.数据复制
HDFS被设计成能够在一个大集群中跨机器可靠地存储超大文件。它将每个文件存储成一系列的数据块,除了最后一个,所有的数据块都是同样大小的。为了容错,文件的所有数据块都会有副本。每个文件的数据块大小和副本系数都是可配置的。应用程序可以指定某个文件的副本数目。副本系数可以在文件创建的时候指定,也可以在之后改变。HDFS中的文件都是一次性写入的,并且严格要求在任何时候只能有一个写入者。Namenode全权管理数据块的复制,它周期性地从集群中的每个Datanode接收心跳信号和块状态报告(Blockreport)。接收到心跳信号意味着该Datanode节点工作正常。块状态报告包含了一个该Datanode上所有数据块的列表。