HDFS读写流程(最新史上最详细)

Namenode 和 Datanode

HDFS采用master/slave架构。一个HDFS集群是由一个Namenode和一定数目的Datanodes组成。

Namenode是一个中心服务器，负责管理文件系统的名字空间(namespace)，以及客户端对文件的访问。负责元数据(hdfs的目录结构及每一个文件的块信息【块的id，块的副本数量，块的存放位置<datanode>】)的存储，namenode的实时的完整的元数据存储在内存中；namenode还会在磁盘中（dfs.namenode.name.dir）存储内存元数据在某个时间点上的镜像文件；namenode会把引起元数据变化的客户端操作记录在edits日志文件中。

集群中的Datanode一般是一个节点一个，负责管理它所在节点上的存储。HDFS暴露了文件系统的名字空间，用户能够以文件的形式在上面存储数据。从内部看，一个文件其实被分成一个或多个数据块，这些块存储在一组Datanode上。Namenode执行文件系统的名字空间操作，比如打开、关闭、重命名文件或目录。它也负责确定数据块到具体Datanode节点的映射。Datanode负责处理文件系统客户端的读写请求。在Namenode的统一调度下进行数据块的创建、删除和复制。

Namenode和Datanode被设计成可以在普通的商用机器上运行。这些机器一般运行着GNU/Linux操作系统(OS)。HDFS采用Java语言开发，因此任何支持Java的机器都可以部署Namenode或Datanode。由于采用了可移植性极强的Java语言，使得HDFS可以部署到多种类型的机器上。一个典型的部署场景是一台机器上只运行一个Namenode实例，而集群中的其它机器分别运行一个Datanode实例。这种架构并不排斥在一台机器上运行多个Datanode，只不过这样的情况比较少见。

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。

基本概念：

HDFS中的block、packet、chunk
很多博文介绍HDFS读写流程上来就直接从文件分块开始，其实，要把读写过程细节搞明白前，你必须知道block、packet与chunk。下面分别讲述。

1. block：这个大家应该知道，文件上传前需要分块，这个块就是block，一般为128MB，当然你可以去改，不顾不推荐。因为块太小：寻址时间占比过高。块太大：Map任务数太少，作业执行速度变慢。它是最大的一个单位。
2. packet：是第二大的单位，它是client端向DataNode，或DataNode的PipLine之间传数据的基本单位，默认64KB。
3. chunk：是最小的单位，它是client向DataNode，或DataNode的PipLine之间进行数据校验的基本单位，默认512Byte，因为用作校验，故每个chunk需要带有4Byte的校验位。所以实际每个chunk写入packet的大小为516Byte。由此可见真实数据与校验值数据的比值约为128 : 1。（即64*1024 / 512）
    

HDFS的写数据流程：

1、客户端跟NameNode通信请求上传文件/aa/jdk.tgz，NameNode检查目标文件是否已经存在，检查权限，父目录是否已经存在。若通过检查，直接先将操作写入EditLog，并返回输出流对象。（注：WAL，write ahead log，先写Log，再写内存，因为EditLog记录的是最新的HDFS客户端执行所有的写操作。如果后续真实写操作失败了，由于在真实写操作之前，操作就被写入EditLog中了，故EditLog中仍会有记录，我们不用担心后续client读不到相应的数据块，因为在第5步中DataNode收到块后会有一返回确认信息，若没写成功，发送端没收到确认信息，会一直重试，直到成功）

2、NameNode返回是否可以上传

3、Client先对文件进行切分，请求第一个block（一般为128MB）该传输到哪些DataNode服务器上

4、NameNode返回3个DataNode服务器DataNode 1，DataNode 2，DataNode 3

5、Client请求3台中的一台DataNode 1(网络拓扑上的就近原则，如果都一样，则随机挑选一台DataNode)上传数据（本质上是一个RPC调用，建立pipeline）,DataNode 1收到请求会继续调用DataNode 2,然后DataNode 2调用DataNode 3，将整个pipeline建立完成，然后逐级返回客户端

6、Client开始往DataNode 1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pocket（默认64KB）为单位。写入的时候DataNode会进行数据校验，它并不是通过一个packet进行一次校验而是以chunk为单位进行校验（512byte）。DataNode 1收到一个packet就会传给DataNode 2，DataNode 2传给DataNode 3，DataNode 1每传一个pocket会放入一个应答队列等待应答

7、当一个block传输完成之后，Client再次请求NameNode上传第二个block的服务器.

8、重复执行上述操作。

流程图如下：

 

HDFS的读数据流程：

1、客户端与NameNode通信查询元数据，找到文件块所在的DataNode服务器

2、挑选一台DataNode（网络拓扑上的就近原则，如果都一样，则随机挑选一台DataNode）服务器，请求建立socket流

3、DataNode开始发送数据(从磁盘里面读取数据放入流，以packet（一个packet为64kb）为单位来做校验)

4、客户端以packet为单位接收，先在本地缓存，然后写入目标文件