Hadoop HDFS深入解析_dfs.webhdfs.enabled

文件系统

早在 1965 年开发的 Multies ( UNIX 的前身）就详细地设计了文件系统，这使得文件系统成为多用户单节点操作系统的重要组成部分。最初的文件系统用于解决信．息的长期存储，并达到如下要求：

1.能够存储大量的信息。

2.使用信息的应用终止时，信息必须保存下来。

3.多个应用可以并发地存储信息。

解决这些问题的通常方法，是把信息以一种单元，即"文件" ( file)的形式存储在磁盘或者其他外部介质上，一个文件是一个命名的、存储在设备上的信．息的线性字节流。文件在需要的时候可以读取这些信息或者写入新的信息。存储在文件中的信息必须是永久的，也就是说，它不会因为应用的创建／终止受到影响。只有当用户显式地剧除它时，文件才会消失。对文件的管理，包括了文件的结构以及命名、存取、使用、保护和实现，称为文件系统。

从用户的观点来看，文件系统中最重要的方面是文件系统如何呈现在他们面前。即一个文件由什么组成、文件如何命名、如何保护文件，以及对文件可以进行哪些操作等。而对文件系统的设计者来说，他们还需要关注如何记录文件的相关信息。如何组织存储区等问题。

文件系统的用户界面

下面详细讨论文件系统的用户界面，也就是从用户的角度来研究文件，即文件是怎么使用的、有些 什么特征。

文件作为一种抽象机制，最重要的特征就是命名方法。各种系统的文件命名规则略有不同，但一般都支持由一定长度字符串作为文件名。应用创建文件的时候要指定文件名，文件在应用结束后仍然存在，其他应用可以使用该文件名对它进行操作。大部分的文件系统不关心文件里保存的数据，把文件内容作为无结构的字节序列保存。也有一些文件系统支持结构化文件，以记录为单位组织信息，免去文件系统使用者将“原始的”字节流转换成记录流的 麻烦。除了文件名和数锯，文件系统会嗽予文件其他的信息，比如文件的创建日期、文件长度、创建信息、引用计数等。我们把这些额外的项称为文件属性，有时也称为元数据。

1常用文件操作

大部分文件系统支持的与文件相关的常用系统调用如下：

1.创建文件：创建没有任何数据的文件，该调用的目的是声明文件存在，并且设置一些属性。

2.删除文件：当不再需要文件时，必须剧除它以释放存储空间。

3.打开文件：在使用文件之前要先打开文件，打开文件后，文件系统会在内存中保留和打开文件相关的一些 信息，有时还会创建对文件存取的相关机制。

4.关闭文件：当存取结束后，通过关闭文件，可以把在内存中保留的一些信息写回文件系统，井释放打开文件需要占用的资源。

5.读文件：从文件中读取数据，一般来说，该操作从当前位置的文件中将数据读取到一个缓冲区中。

6.写文件：往文件中写入数据。

7.追加数据：该方法是写文件的限制形式，它只能在文件未尾添加数据。

8.读记录：在结构化文件中读取记录。

9.写记录：在结构化文件中写入记录。

10.删除记录：在结构化文件中侧除记录。

11.移动当前位置：当需要指定从哪里读写数据的时候，使用该调用可以把当前位置移动到文件中的特定位置。

12.获取文件属性：读取文件的某个属性，如文件的最后修改时间。

13.设置文件属性：有些属性是用户可以修改的，在文件创建之后，能够修改它们，设置文件属性就是用于这个目的。

14.文件改名：用户改变现有文件的文件名。

1.HDFS 背景

在现代的无论企业还是生活环境中，单个计算机服务器容量往往无法存储大量数据，需许多服务器跨机器存储。统一管理分布在计算机服务器集群上的文件系统称为分布式文件系统。而一旦在系统中，引入网络，就不可避免地引入了所有网络编程的复杂性和挑战，例如挑战之一是如果保证在有些节点（计算机服务器）不可用的时候而整体数据不丢失。

传统的网络文件系统（NFS）虽然也称为分布式文件系统，但是其存在一些限制。由于NFS中，文件是存储在单机上，因此无法提供可靠性保证，当很多客户端同时访问NFS Server时，很容易造成服务器压力，造成性能瓶颈，服务器崩溃。另外如果要对NFS中的文件进行操作，需要首先同步到本地，这些修改在同步到服务端之前，其他客户端是不可见的。某种程度上，NFS不是一种典型的分布式系统，虽然它的文件的确放在远端（单一）的服务器上面。

从上图NFS的协议栈可以看到，它事实上是一种VFS（操作系统对文件的一种抽象）实现，而HDFS，是Hadoop Distributed File System的简称，是Hadoop抽象文件系统的一种实现。Hadoop抽象文件系统可以与本地系统、Amazon S3等集成，甚至可以通过Web协议（webhsfs）来操作。HDFS的文件分布在集群机器上，同时提供副本进行容错及可靠性保证。例如客户端写入读取文件的直接操作都是分布在集群各个机器上的，没有单点性能压力。

2. HDFS设计目的

HDFS设计之初就非常明确其应用场景，适用与什么类型的应用，不适用什么应用，有一个相对明确的指导原则。

2.1 设计目标
存储非常大的文件：这里非常大指的是几百M、G、或者TB级别。实际应用中已有很多集群存储的数据达到PB级别。根据Hadoop官网，Yahoo！的Hadoop集群约有10万颗CPU，运行在4万个机器节点上。更多世界上的Hadoop集群使用情况，参考Hadoop官网.

采用流式的数据访问方式: HDFS基于这样的一个假设：最有效的数据处理模式是一次写入、多次读取数据集经常从数据源生成或者拷贝一次，然后在其上做很多分析工作
分析工作经常读取其中的大部分数据，即使不是全部。 因此读取整个数据集所需时间比读取第一条记录的延时更重要。

运行于商业硬件上: Hadoop不需要特别贵的、reliable的（可靠的）机器，可运行于普通商用机器（可以从多家供应商采购） ，商用机器不代表低端机器。在集群中（尤其是大的集群），节点失败率是比较高的HDFS的目标是确保集群在节点失败的时候不会让用户感觉到明显的中断。
2.2 HDFS不适合的应用类型
有些场景不适合使用HDFS来存储数据。下面列举几个：

1） 低延时的数据访问
对延时要求在毫秒级别的应用，不适合采用HDFS。HDFS是为高吞吐数据传输设计的,因此可能牺牲延时HBase更适合低延时的数据访问。

2）大量小文件
文件的元数据（如目录结构，文件block的节点列表，block-node mapping）保存在NameNode的内存中， 整个文件系统的文件数量会受限于NameNode的内存大小。
经验而言，一个文件/目录/文件块一般占有150字节的元数据内存空间。如果有100万个文件，每个文件占用1个文件块，则需要大约300M的内存。因此十亿级别的文件数量在现有商用机器上难以支持。

3）多方读写，需要任意的文件修改
HDFS采用追加（append-only）的方式写入数据。不支持文件任意offset的修改。不支持多个写入器（writer）。

3. HDFS核心概念
   3.1 Blocks
   物理磁盘中有块的概念，磁盘的物理Block是磁盘操作最小的单元，读写操作均以Block为最小单元，一般为512 Byte。文件系统在物理Block之上抽象了另一层概念，文件系统Block物理磁盘Block的整数倍。通常为几KB。Hadoop提供的df、fsck这类运维工具都是在文件系统的Block级别上进行操作。

HDFS的Block块比一般单机文件系统大得多，默认为128M。HDFS的文件被拆分成block-sized的chunk，chunk作为独立单元存储。比Block小的文件不会占用整个Block，只会占据实际大小。例如， 如果一个文件大小为1M，则在HDFS中只会占用1M的空间，而不是128M。

HDFS的Block为什么这么大？
是为了最小化查找（seek）时间，控制定位文件与传输文件所用的时间比例。假设定位到Block所需的时间为10ms，磁盘传输速度为100M/s。如果要将定位到Block所用时间占传输时间的比例控制1%，则Block大小需要约100M。
但是如果Block设置过大，在MapReduce任务中，Map或者Reduce任务的个数 如果小于集群机器数量，会使得作业运行效率很低。

Block抽象的好处
block的拆分使得单个文件大小可以大于整个磁盘的容量，构成文件的Block可以分布在整个集群， 理论上，单个文件可以占据集群中所有机器的磁盘。
Block的抽象也简化了存储系统，对于Block，无需关注其权限，所有者等内容（这些内容都在文件级别上进行控制）。
Block作为容错和高可用机制中的副本单元，即以Block为单位进行复制。

3.2 Namenode & Datanode
整个HDFS集群由Namenode和Datanode构成master-worker（主从）模式。Namenode负责构建命名空间，管理文件的元数据等，而Datanode负责实际存储数据，负责读写工作。

Namenode
Namenode存放文件系统树及所有文件、目录的元数据。元数据持久化为2种形式：

namespcae image
edit log
但是持久化数据中不包括Block所在的节点列表，及文件的Block分布在集群中的哪些节点上，这些信息是在系统重启的时候重新构建（通过Datanode汇报的Block信息）。
在HDFS中，Namenode可能成为集群的单点故障，Namenode不可用时，整个文件系统是不可用的。HDFS针对单点故障提供了2种解决机制：
1）备份持久化元数据
将文件系统的元数据同时写到多个文件系统， 例如同时将元数据写到本地文件系统及NFS。这些备份操作都是同步的、原子的。

2）Secondary Namenode
Secondary节点定期合并主Namenode的namespace image和edit log， 避免edit log过大，通过创建检查点checkpoint来合并。它会维护一个合并后的namespace image副本， 可用于在Namenode完全崩溃时恢复数据。
econdary Namenode通常运行在另一台机器，因为合并操作需要耗费大量的CPU和内存。其数据落后于Namenode，因此当Namenode完全崩溃时，会出现数据丢失。 通常做法是拷贝NFS中的备份元数据到Second，将其作为新的主Namenode。
在HA（High Availability高可用性）中可以运行一个Hot Standby，作为热备份，在Active Namenode故障之后，替代原有Namenode成为Active Namenode。

Datanode
数据节点负责存储和提取Block，读写请求可能来自namenode，也可能直接来自客户端。数据节点周期性向Namenode汇报自己节点上所存储的Block相关信息。

3.3 Block Caching
DataNode通常直接从磁盘读取数据，但是频繁使用的Block可以在内存中缓存。默认情况下，一个Block只有一个数据节点会缓存。但是可以针对每个文件可以个性化配置。
作业调度器可以利用缓存提升性能，例如MapReduce可以把任务运行在有Block缓存的节点上。
用户或者应用可以向NameNode发送缓存指令（缓存哪个文件，缓存多久）， 缓存池的概念用于管理一组缓存的权限和资源。

3.4 HDFS Federation
我们知道NameNode的内存会制约文件数量，HDFS Federation提供了一种横向扩展NameNode的方式。在Federation模式中，每个NameNode管理命名空间的一部分，例如一个NameNode管理/user目录下的文件， 另一个NameNode管理/share目录下的文件。
每个NameNode管理一个namespace volumn，所有volumn构成文件系统的元数据。每个NameNode同时维护一个Block Pool，保存Block的节点映射等信息。各NameNode之间是独立的，一个节点的失败不会导致其他节点管理的文件不可用。
客户端使用mount table将文件路径映射到NameNode。mount table是在Namenode群组之上封装了一层，这一层也是一个Hadoop文件系统的实现，通过viewfs:协议访问。

3.5 HDFS HA(High Availability高可用性)
在HDFS集群中，NameNode依然是单点故障（SPOF: Single Point Of Failure）。元数据同时写到多个文件系统以及Second NameNode定期checkpoint有利于保护数据丢失，但是并不能提高可用性。
这是因为NameNode是唯一一个对文件元数据和file-block映射负责的地方， 当它挂了之后，包括MapReduce在内的作业都无法进行读写。

当NameNode故障时，常规的做法是使用元数据备份重新启动一个NameNode。元数据备份可能来源于：

多文件系统写入中的备份
Second NameNode的检查点文件
启动新的Namenode之后，需要重新配置客户端和DataNode的NameNode信息。另外重启耗时一般比较久，稍具规模的集群重启经常需要几十分钟甚至数小时，造成重启耗时的原因大致有：
1） 元数据镜像文件载入到内存耗时较长。
2） 需要重放edit log
3） 需要收到来自DataNode的状态报告并且满足条件后才能离开安全模式提供写服务。

Hadoop的HA方案
采用HA的HDFS集群配置两个NameNode，分别处于Active和Standby状态。当Active NameNode故障之后，Standby接过责任继续提供服务，用户没有明显的中断感觉。一般耗时在几十秒到数分钟。
HA涉及到的主要实现逻辑有

1） 主备需共享edit log存储。
主NameNode和待命的NameNode共享一份edit log，当主备切换时，Standby通过回放edit log同步数据。
共享存储通常有2种选择

NFS：传统的网络文件系统
QJM：quorum journal manager
QJM是专门为HDFS的HA实现而设计的，用来提供高可用的edit log。QJM运行一组journal node，edit log必须写到大部分的journal nodes。通常使用3个节点，因此允许一个节点失败，类似ZooKeeper。注意QJM没有使用ZK，虽然HDFS HA的确使用了ZK来选举主Namenode。一般推荐使用QJM。

2）DataNode需要同时往主备发送Block Report
因为Block映射数据存储在内存中（不是在磁盘上），为了在Active NameNode挂掉之后，新的NameNode能够快速启动，不需要等待来自Datanode的Block Report，DataNode需要同时向主备两个NameNode发送Block Report。

3）客户端需要配置failover模式（失效备援模式，对用户透明）

Namenode的切换对客户端来说是无感知的，通过客户端库来实现。客户端在配置文件中使用的HDFS URI是逻辑路径，映射到一对Namenode地址。客户端会不断尝试每一个Namenode地址直到成功。
4）Standby替代Secondary NameNode
如果没有启用HA，HDFS独立运行一个守护进程作为Secondary Namenode。定期checkpoint，合并镜像文件和edit日志。

如果当主Namenode失败时，备份Namenode正在关机（停止 Standby），运维人员依然可以从头启动备份Namenode，这样比没有HA的时候更省事，算是一种改进，因为重启整个过程已经标准化到Hadoop内部，无需运维进行复杂的切换操作。

NameNode的切换通过代failover controller来实现。failover controller有多种实现，默认实现使用ZooKeeper来保证只有一个Namenode处于active状态。

每个Namenode运行一个轻量级的failover controller进程，该进程使用简单的心跳机制来监控Namenode的存活状态并在Namenode失败时触发failover。Failover可以由运维手动触发，例如在日常维护中需要切换主Namenode，这种情况graceful(优雅的) failover，非手动触发的failover称为ungraceful failover。

在ungraceful failover的情况下，没有办法确定失败（被判定为失败）的节点是否停止运行，也就是说触发failover后，之前的主Namenode可能还在运行。QJM一次只允许一个Namenode写edit log，但是之前的主Namenode仍然可以接受读请求。Hadoop使用fencing来杀掉之前的Namenode。Fencing通过收回之前Namenode对共享的edit log的访问权限、关闭其网络端口使得原有的Namenode不能再继续接受服务请求。使用STONITH技术也可以将之前的主Namenode关机。

最后，HA方案中Namenode的切换对客户端来说是不可见的，前面已经介绍过，主要通过客户端库来完成。

4. 命令行接口
   HDFS提供了各种交互方式，例如通过Java API、HTTP、shell命令行的。命令行的交互主要通过hadoop fs来操作。例如：

hadoop fs -copyFromLocal // 从本地复制文件到HDFS
hadoop fs mkdir // 创建目录
hadoop fs -ls  // 列出文件列表
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Hadoop中，文件和目录的权限类似于POSIX模型，包括读、写、执行3种权限：

读权限（r）：用于读取文件或者列出目录中的内容
写权限（w）：对于文件，就是文件的写权限。目录的写权限指在该目录下创建或者删除文件（目录）的权限。
执行权限（x）：文件没有所谓的执行权限，被忽略。对于目录，执行权限用于访问器目录下的内容。
每个文件或目录都有owner，group，mode三个属性，owner指文件的所有者，group为权限组。mode
由所有者权限、文件所属的组中组员的权限、非所有者非组员的权限组成。下图表示其所有者root拥有读写权限，supergroup组的组员有读权限，其他人有读权限。

文件权限是否开启通过dfs.permissions.enabled属性来控制，这个属性默认为false，没有打开安全限制，因此不会对客户端做授权校验，如果开启安全限制，会对操作文件的用户做权限校验。特殊用户superuser是Namenode进程的标识，不会针对该用户做权限校验。
文件权限是否开启通过dfs.permissions.enabled属性来控制，这个属性默认为false，没有打开安全限制，因此不会对客户端做授权校验，如果开启安全限制，会对操作文件的用户做权限校验。特殊用户superuser是Namenode进程的标识，不会针对该用户做权限校验。

最后看一下ls命令的执行结果：

这个返回结果类似于Unix系统下的ls命令，第一栏为文件的mode，d表示目录，紧接着3种权限9位。 第二栏是指文件的副本数，这个数量通过dfs.replication配置，目录则使用-表示没有副本一说。其他诸如所有者、组、更新时间、文件大小跟Unix系统中的ls命令一致。

如果需要查看集群状态或者浏览文件目录，可以访问Namenode暴露的Http Server查看集群信息，一般在namenode所在机器的50070端口。

5. Hadoop文件系统

前面Hadoop的文件系统概念是抽象的，HDFS只是其中的一种实现。Hadoop提供的实现如下图：


简单介绍一下，Local是对本地文件系统的抽象，hdfs就是我们最常见的，两种web形式（webhdfs，swebhdfs）的实现通过HTTP提供文件操作接口。har是Hadoop体系下的压缩文件，档文件很多的时候可以压缩成一个大文件，可以有效减少元数据的数量。viewfs就是我们前面介绍HDFS Federation张提到的，用来在客户端屏蔽多个Namenode的底层细节。ftp顾名思义，就是使用ftp协议来实现，对文件的操作转化为ftp协议。s3a是对Amazon云服务提供的存储系统的实现，azure则是微软的云服务平台实现。

前面我们提到了使用命令行跟HDFS交互，事实上还有很多方式来操作文件系统。例如Java应用程序可以使用org.apache.hadoop.fs.FileSystem来操作，其他形式的操作也都是基于FileSystem进行封装。我们这里主要介绍一下HTTP的交互方式。
WebHDFS和SWebHDFS协议将文件系统暴露HTTP操作，这种交互方式比原生的Jav客户端慢，不适合操作大文件。通过HTTP，有2种访问方式，直接访问和通过代理访问

直接访问
直接访问的示意图如下：

Namenode和Datanode默认打开了嵌入式web server，即dfs.webhdfs.enabled默认为true。webhdfs通过这些服务器来交互。元数据的操作通过namenode完成，文件的读写首先发到namenode，然后重定向到datanode读取（写入）实际的数据流。

通过HDFS代理

采用代理的示意图如上所示。 使用代理的好处是可以通过代理实现负载均衡或者对带宽进行限制，或者防火墙设置。代理通过HTTP或者HTTPS暴露为WebHDFS，对应为webhdfs和swebhdfs URL Schema。

代理作为独立的守护进程，独立于namenode和datanode，使用httpfs.sh脚本，默认运行在14000端口

除了FileSystem直接操作，命令行，HTTTP外，还有C语言API，NFS，FUSER等方式，这里不做过多介绍。

6. Java接口

实际的应用中，对HDFS的大多数操作还是通过FileSystem来操作，这部分重点介绍一下相关的接口，主要关注HDFS的实现类DistributedFileSystem及相关类。

6.1 读操作
可以使用URL来读取数据，或者而直接使用FileSystem操作。

从Hadoop URL读取数据
java.net.URL类提供了资源定位的统一抽象，任何人都可以自己定义一种URL Schema，并提供相应的处理类来进行实际的操作。hdfs schema便是这样的一种实现。

InputStream in = null;
try {
 in = new URL("hdfs://master/user/hadoop").openStream();
}finally{
 IOUtils.closeStream(in);
}
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为了使用自定义的Schema，需要设置URLStreamHandlerFactory，这个操作一个JVM只能进行一次，多次操作会导致不可用，通常在静态块中完成。下面的截图是一个使用示例：

使用FileSystem API读取数据
1） 首先获取FileSystem实例，一般使用静态get工厂方法

public static FileSystem get(Configuration conf) throws IOException
public static FileSystem get(URI uri , Configuration conf) throws IOException
public static FileSystem get(URI uri , Configuration conf，String user) throws IOException

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如果是本地文件，通过getLocal获取本地文件系统对象：

public static LocalFileSystem getLocal(COnfiguration conf) thrown IOException
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2）调用FileSystem的open方法获取一个输入流:

public FSDataInputStream open(Path f) throws IOException
public abstarct FSDataInputStream open(Path f , int bufferSize) throws IOException
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默认情况下，open使用4KB的Buffer，可以根据需要自行设置。

3）使用FSDataInputStream进行数据操作
FSDataInputStream是java.io.DataInputStream的特殊实现，在其基础上增加了随机读取、部分读取的能力

public class FSDataInputStream extends DataInputStream
    implements Seekable, PositionedReadable, 
      ByteBufferReadable, HasFileDescriptor, CanSetDropBehind, CanSetReadahead,
      HasEnhancedByteBufferAccess

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随机读取操作通过Seekable接口定义：

public interface Seekable {
    void seek(long pos) throws IOException;
    long getPos() throws IOException;
}
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seek操作开销昂贵，慎用。

部分读取通过PositionedReadable接口定义：

public interface PositionedReadable{
    public int read(long pistion ,byte[] buffer,int offser , int length) throws IOException;
    public int readFully(long pistion ,byte[] buffer,int offser , int length) throws IOException;
    public int readFully(long pistion ,byte[] buffer) throws IOException;
}

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6.2 写数据
在HDFS中，文件使用FileSystem类的create方法及其重载形式来创建，create方法返回一个输出流FSDataOutputStream，可以调用返回输出流的getPos方法查看当前文件的位移，但是不能进行seek操作，HDFS仅支持追加操作。

创建时，可以传递一个回调接口Peofressable，获取进度信息

append(Path f)方法用于追加内容到已有文件，但是并不是所有的实现都提供该方法，例如Amazon的文件实现就没有提供追加功能。

String localSrc =  args[0];
String dst = args[1];

InputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream(localSrc));

COnfiguration conf = new Configuration();
FileSystem fs = FileSystem.get(URI.create(dst),conf);

OutputStream out = fs.create(new Path(dst), new Progressable(){
    public vid progress(){
        System.out.print(.);
    }
});

IOUtils.copyBytes(in , out, 4096,true);
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6.3 目录操作
使用mkdirs（）方法,会自动创建没有的上级目录

HDFS中元数据封装在FileStatus类中，包括长度、block size，replicaions，修改时间、所有者、权限等信息。使用FileSystem提供的getFileStatus方法获取FileStatus。exists()方法判断文件或者目录是否存在；

列出文件（list），则使用listStatus方法，可以查看文件或者目录的信息
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public abstract FileStatus[] listStatus(Path f) throws FileNotFoundException, 
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Path是个文件的时候，返回长度为1的数组。FileUtil提供的stat2Paths方法用于将FileStatus转化为Path对象。

globStatus则使用通配符对文件路径进行匹配：

public FileStatus[] globStatus(Path pathPattern) throws IOException
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PathFilter用于自定义文件名过滤，不能根据文件属性进行过滤，类似于java.io.FileFilter。例如下面这个例子排除到给定正则表达式的文件：

在这里插入代码片

public interfacePathFilter{
    boolean accept(Path path);
}

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6.4 删除数据
使用FileSystem的delete()方法

public boolean delete(Path f , boolean recursive) throws IOException;

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ecursive参数在f是个文件的时候被忽略。如果f是文件并且recursice为true，则删除整个目录，否则抛出异常.

7. 数据流(读写流程）
   接下来详细介绍HDFS读写数据的流程，以及一致性模型相关的一些概念。

7.1 读文件
大致读文件的流程如下：

1）客户端传递一个文件Path给FileSystem的open方法

2）DFS采用RPC远程获取文件最开始的几个block的datanode地址。Namenode会根据网络拓扑结构决定返回哪些节点（前提是节点有block副本），如果客户端本身是Datanode并且节点上刚好有block副本，直接从本地读取。

3）客户端使用open方法返回的FSDataInputStream对象读取数据（调用read方法）

4）DFSInputStream（FSDataInputStream实现了改类）连接持有第一个block的、最近的节点，反复调用read方法读取数据

5）第一个block读取完毕之后，寻找下一个block的最佳datanode，读取数据。如果有必要，DFSInputStream会联系Namenode获取下一批Block 的节点信息(存放于内存，不持久化），这些寻址过程对客户端都是不可见的。

6）数据读取完毕，客户端调用close方法关闭流对象

在读数据过程中，如果与Datanode的通信发生错误，DFSInputStream对象会尝试从下一个最佳节点读取数据，并且记住该失败节点， 后续Block的读取不会再连接该节点
读取一个Block之后，DFSInputStram会进行检验和验证，如果Block损坏，尝试从其他节点读取数据，并且将损坏的block汇报给Namenode。
客户端连接哪个datanode获取数据，是由namenode来指导的，这样可以支持大量并发的客户端请求，namenode尽可能将流量均匀分布到整个集群。
Block的位置信息是存储在namenode的内存中，因此相应位置请求非常高效，不会成为瓶颈。

7.2 写文件

步骤分解
1）客户端调用DistributedFileSystem的create方法

2）DistributedFileSystem远程RPC调用Namenode在文件系统的命名空间中创建一个新文件，此时该文件没有关联到任何block。 这个过程中，Namenode会做很多校验工作，例如是否已经存在同名文件，是否有权限，如果验证通过，返回一个FSDataOutputStream对象。 如果验证不通过，抛出异常到客户端。

3）客户端写入数据的时候，DFSOutputStream分解为packets，并写入到一个数据队列中，该队列由DataStreamer消费。

4）DateStreamer负责请求Namenode分配新的block存放的数据节点。这些节点存放同一个Block的副本，构成一个管道。 DataStreamer将packer写入到管道的第一个节点，第一个节点存放好packer之后，转发给下一个节点，下一个节点存放 之后继续往下传递。

5）DFSOutputStream同时维护一个ack queue队列，等待来自datanode确认消息。当管道上的所有datanode都确认之后，packer从ack队列中移除。

6）数据写入完毕，客户端close输出流。将所有的packet刷新到管道中，然后安心等待来自datanode的确认消息。全部得到确认之后告知Namenode文件是完整的。 Namenode此时已经知道文件的所有Block信息（因为DataStreamer是请求Namenode分配block的），只需等待达到最小副本数要求，然后返回成功信息给客户端。

Namenode如何决定副本存在哪个Datanode？

HDFS的副本的存放策略是可靠性、写带宽、读带宽之间的权衡。默认策略如下：

第一个副本放在客户端相同的机器上，如果机器在集群之外，随机选择一个（但是会尽可能选择容量不是太慢或者当前操作太繁忙的）
第二个副本随机放在不同于第一个副本的机架上。
第三个副本放在跟第二个副本同一机架上，但是不同的节点上，满足条件的节点中随机选择。
更多的副本在整个集群上随机选择，虽然会尽量便面太多副本在同一机架上。
副本的位置确定之后，在建立写入管道的时候，会考虑网络拓扑结构。下面是可能的一个存放策略：

可靠性：Block分布在两个机架上
写带宽：写入管道的过程只需要跨越一个交换机
读带宽：可以从两个机架中任选一个读取
7.3 一致性模型
一致性模型描述文件系统中读写操纵的可见性。HDFS中，文件一旦创建之后，在文件系统的命名空间中可见：

```Path p = new Path("p");
fs.create(p);
assertTaht(fs.exists(p),is(true));
在这里插入代码片
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7.4 Hadoop节点距离
在读取和写入的过程中，namenode在分配Datanode的时候，会考虑节点之间的距离。HDFS中，距离没有
采用带宽来衡量，因为实际中很难准确度量两台机器之间的带宽。
Hadoop把机器之间的拓扑结构组织成树结构，并且用到达公共父节点所需跳转数之和作为距离。事实上这是一个距离矩阵的例子。下面的例子简明地说明了距离的计算：

Hadoop集群的拓扑结构需要手动配置，如果没配置，Hadoop默认所有节点位于同一个数据中心的同一机架上。

8 相关运维工具
8.1 使用distcp并行复制
前面的关注点都在于单线程的访问，如果需要并行处理文件，需要自己编写应用。Hadoop提供的distcp工具用于并行导入数据到Hadoop或者从Hadoop导出。一些例子：

hadoop distcp file1 file2  //可以作为fs -cp命令的高效替代
hadoop distcp dir1 dir2
hadoop distcp -update dir1 dir2 #update参数表示只同步被更新的文件，其他保持不变
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distcp是底层使用MapReduce实现，只有map实现，没有reduce。在map中并行复制文件。 distcp尽可能在map之间平均分配文件。map的数量可以通过-m参数指定:

hadoop distcp -update -delete -p hdfs://master1:9000/foo hdfs://master2/foo 
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这样的操作常用于在两个集群之间复制数据，update参数表示只同步被更新过的数据，delete会删除目标目录中存在，但是源目录不存在的文件。p参数表示保留文件的全校、block大小、副本数量等属性。

如果两个集群的Hadoop版本不兼容，可以使用webhdfs协议：

hadoop distcp webhdfs: //namenode1: 50070/foo webhdfs: //namenode2: 50070/foo
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8.2 平衡HDFS集群
在distcp工具中，如果我们指定map数量为1，不仅速度很慢，每个Block第一个副本将全部落到运行这个唯一map的节点上，直到磁盘溢出。因此使用distcp的时候，最好使用默认的map数量，即20.
HDFS在Block均匀分布在各个节点上的时候工作得最好，如果没有办法在作业中尽量保持集群平衡，例如为了限制map数量（以便其他节点可以被别的作业使用），那么可以使用balancer工具来调整集群的Block分布。