HDFS读写流程及容错_hdfs的读取、写入,容错处理

1. hdfs的写入流程及容错

文件上传流程如下：

• 创建文件：
  ①HDFS client向HDFS写入数据，先调用DistributedFileSystem.create()
  ②RPC调用namenode的create()，会在HDFS目录树中指定的路径，添加新文件；并将操作记录在edits.log中
  namenode.create()方法执行完后，返回一个FSDataOutputStream，它是DFSOutputStream的包装类

• 建立数据流管道pipeline
  ③client调用DFSOutputStream.write()写数据（先写第一个块的数据，暂时叫blk1）
  ④DFSOutputStream通过RPC调用namenode的addBlock，向namenode申请一个空的数据块block
  ⑤addBlock返回LocatedBlock对象；此对象中包含了当前blk要存储在哪三个datanode的信息，比如dn1、dn2、dn3
  ⑥客户端，根据位置信息，建立数据流管道（图中蓝色线条）

• 向数据流管道写当前块的数据
  ⑦写数据时，先将数据写入一个检验块chunk中，写满512字节后，对此chunk计算校验和checksum值（4字节）
  ⑧然后将chunk及对应校验和写入packet中，一个packet是64KB
  ⑨随着源源不断的带校验和的chunk写入packet，当packet写满后，将packet写入dataqueue数据队列中
  ⑩packet从队列中取出，沿pipeline发送到dn1，再从dn1发送到dn2，再从dn2发送到dn3
  ⑪同时，此packet会保存一份到一个确认队列ack queue中
  ⑫packet到达最后一个datanode即dn3后，做校验，将校验结果逆着pipeline方向回传到客户端，具体是校验结果从dn3传到dn2，dn2也会做校验，校验结果再
  传到dn1，dn1也做校验；结果再传回客户端
  ⑬客户端根据校验结果，如果“成功”，则将将保存在ack queue中的packet删除；如果失败，则将packet取出，重新放回到data queue末尾，等待再次沿pipeline发送
  ⑭如此，将block中的一个数据一个个packet发送出去；当此block发送完毕，
  即dn1、dn2、dn3都接受了blk1的完整的副本，那么三个dn分别RPC调用namenode的blockReceivedAndDeleted()，
  namenode会更新内存中block与datanode的对应关系（比如dn1上多了一个blk1副本）

• 关闭dn1、dn2、dn3构建的pipeline；且文件还有下一个块时，再从④开始；直到文件全部数据写完
  ⑮最终，调用DFSOutputStream的close()
  ⑯客户端调用namenode的complete()，告知namenode文件传输完成

• 容错

• 假设说当前构建的pipeline是dn1、dn2、dn3构成的
  当传输数据的过程中，dn2挂了或通信不畅了，则当前pipeline中断
  HDFS会如何做？

• 先将ack queue中的所有packet全部放回到data queue中
  客户端RPC调用namenode的updateBlockForPipeline()，为当前block（假设是blk1）生成新的版本比如ts1（本质是时间戳）
  故障dn2会从pipeline中删除
  DFSOutputStream再RPC调用namenode的getAdditionalDatanode()，让namenode分配新的datanode，比如是dn4
  输出流将原dn1、dn3与新的dn4组成新的管道，他们上边的blk1版本设置为新版本ts1
  由于新添加的dn4上没有blk1的数据，客户端告知dn1或dn3，将其上的blk1的数据拷贝到dn4上
  新的数据管道建立好后，DFSOutputStream调用updatePipeline()更新namenode元数据
  至此，pipeline恢复，客户端按正常的写入流程，完成文件的上传

• 故障datanode重启后，namenode发现它上边的block的blk1的时间戳是老的，会让datanode将blk1删除掉

2. hdfs的读取流程及容错

• 1、client端读取HDFS文件，client调用文件系统对象DistributedFileSystem的open方法
• 2、返回FSDataInputStream对象（对DFSInputStream的包装）
• 3、构造DFSInputStream对象时，调用namenode的getBlockLocations方法，获得file的开始若干block（如blk1, blk2, blk3, blk4）的存储datanode（以下简称dn）列表；针对每个block的dn列表，会根据网络拓扑做排序，离client近的排在前；
• 4、调用DFSInputStream的read方法，先读取blk1的数据，与client最近的datanode建立连接，读取数据
• 5、读取完后，关闭与dn建立的流
• 6、读取下一个block，如blk2的数据（重复步骤4、5、6）
• 7、这一批block读取完后，再读取下一批block的数据（重复3、4、5、6、7）
• 8、完成文件数据读取后，调用FSDataInputStream的close方法

6.2.2 容错

• 情况一：读取block过程中，client与datanode通信中断

  • client与存储此block的第二个datandoe建立连接，读取数据
  • 记录此有问题的datanode，不会再从它上读取数据

• 情况二：client读取block，发现block数据有问题

  • client读取block数据时，同时会读取到block的校验和，若client针对读取过来的block数据，计算检验和，其值与读取过来的校验和不一样，说明block数据损坏
  • client从存储此block副本的其它datanode上读取block数据（也会计算校验和）
  • 同时，client会告知namenode此情况；