一.HDFS的基本框架
如上图所示，分NameNode、SecondaryNameNode、DataNode这几个角色。
NameNode：存放的是数据的数据即元数据，其中元数据包括fsimage（元数据镜像文件）+edits（元数据的操作日志）；
SecondaryNameNode：是NameNode的冷备份；合并fsimage和fsedits然后再发给namenode。
DataNode：负责存储client发来的数据块block；执行数据块的读写操作。
冷备份：SecondaryNameNode是namenode的冷备份，如果namenode坏掉。那么SecondaryNameNode不能代替SecondaryNameNode的工作，只能降低损失。
详细的工作原理就不多介绍了，在读写机制都有涉及。
二.主要介绍hdfs的写机制
有一个文件FileA，100M大小。Client将FileA写入到HDFS上。
HDFS按默认配置（block备份三个，每个block默认为64M）。
HDFS分布在三个机架上Rack1，Rack2，Rack3。
a. Client将FileA按64M分块。分成两块，block1和Block2;
b. Client向nameNode发送写数据请求，如图蓝色虚线①。
c. NameNode节点，记录block信息。并返回可用的DataNode，如粉色虚线②。
Block1: host2,host1,host3
Block2: host7,host8,host4
原理：
NameNode具有RackAware机架感知功能，这个可以配置，我们认为为默认。
若client为DataNode节点，那存储block时，规则为：副本1，同client的节点上；副本2，不同机架节点上；副本3，同第二个副本机架的另一个节点上；其他副本随机挑选。
若client不为DataNode节点，那存储block时，规则为：副本1，随机选择一个节点上；副本2，不同副本1，机架上；副本3，同副本2相同的另一个节点上；其他副本随机挑选。
d. client向DataNode发送block1；发送过程是以流式写入。
流式写入过程，
1>将64M的block1按64k的package划分;
2>然后将第一个package发送给host2;
3>host2接收完后，将第一个package发送给host1，同时client想host2发送第二个package；
4>host1接收完第一个package后，发送给host3，同时接收host2发来的第二个package。
5>以此类推，如图红线实线所示，直到将block1发送完毕。
6>host2,host1,host3向NameNode，host2向Client发送通知，说“消息发送完了”。如图粉红颜色实线所示。
7>client收到host2发来的消息后，向namenode发送消息，说我写完了。这样就真完成了。如图黄色粗实线
8>发送完block1后，再向host7，host8，host4发送block2，如图蓝色实线所示。
9>发送完block2后，host7,host8,host4向NameNode，host7向Client发送通知，如图浅绿色实线所示。
10>client向NameNode发送消息，说我写完了，如图黄色粗实线。。。这样就完毕了。
分析，通过写过程，我们可以了解到：
①写1T文件，我们需要3T的存储，3T的存储空间。
②在执行读或写的过程中，都会对datanode进行检测，防止datanode挂掉或者什么的。
③挂掉一个节点，没关系，还有其他节点可以备份；甚至，挂掉某一个机架，也没关系；其他机架上，也有备份，容错机制在下面有介绍。
三.读机制
那么，读操作流程为：
a. client向namenode发送读请求。
b. namenode查看Metadata信息，返回fileA的block的位置。
block1:host2,host1,host3
block2:host7,host8,host4
c. block的位置是有先后顺序的，先读block1，再读block2。而且block1去host2上读取；然后block2，去host7上读取（原则优先读取本机架的datanode）。
四.hdfs的容错机制简介
a.如果结点不工作了怎么办？
解决方法：（datanode不工作）client给datanode传数据的时候每个datanode每三秒钟向namenode发送heartbeat，namenode根据heartbeat判断datanode的情况，如果十分钟接收不到datanode的heartbeat，namenode就认为此datanode无效；（namenode不工作）只有启动热备份进行工作。
b.读写容错
由于写是根据读写流的方式进行的，所以如果一个datanode出错就不能完成备份
解决方案：由于是根据流的方式（64k）写入的，所以三个datanode每接受一个64k都要向namenode发送一个信号（告诉64k接收完毕，datanode正常工作），如果那个有异常，那么namenode就绕过异常的datanode。
c.机架感应也能有效的容错，由于机架感应三个namenode不可能在同一个机架上，所以即使一个机架挂掉，其他机架上还有备份，大大提高了hdfs的容错。
五.搭hdfs的环境之后并不能马上就能用，首先要对namenode进行格式化，格式化都操作了写什么？
在NameNode节点上，有两个最重要的路径，分别被用来存储元数据信息和操作日志，而这两个路径来自于配置文件，它们对应的属性分别是dfs.name.dir和dfs.name.edits.dir，同时，它们默认的路径均是/tmp/hadoop/dfs/name。格式化时，NameNode会清空两个目录下的所有文件，之后，会在目录dfs.name.dir下创建文件:
/current/fsimage
/current/fstime
/current/VERSION
/image/fsimage
会在目录dfs.name.edits.dir下创建文件:
/current/edits
/current/fstime
/current/VERSION
/image/fsimage
那么这些文件又是用来干什么的呢？
fsimage：存储命名空间(实际上就是目录和文件)的元数据信息，文件结构如下：
edits：用来存储对命名空间操作的日志信息，实现NameNode节点的恢复；
fstime：用来存储元数据上一次check point 的时间；
VERSION：用来存储NameNode版本信息，命名空间ID(版本号)。
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