漫画HDFS工作原理(转）

转自：http://blog.csdn.net/netcoder/article/details/7442779?locationNum=2

对漫画内容更好的解读，可参考：

http://www.weixuehao.com/archives/596

http://blog.csdn.net/woshiwanxin102213/article/details/19990487?locationNum=4

HDFS系统主要由三大部分组成：client、namenode、datanodes。

①用户通过client对hdfs系统进行读写数据。

②namenode在hdfs系统中是唯一的，主要负责协调整个系统。

③datanode一般有多个，主要负责保存数据。

通过Client写数据到hdfs集群，主要步骤：

①用户通过client发起写数据文件请求。client将对数据进行分块（block），默认情况64M(或者128M)、每个block默认3个备份，用户可以进行配置。

分成固定大小、且合适大小的块主要是为了负载均衡和数据传输时间超过寻道时间（高吞吐率）。

②数据分块后，client对分块逐个处理，client将向namenode发起写请求并告之备份个数，如3。namenode接收到client的请求后，先分配3个datanode，然后把3个datanode节点的位置（按照距离由近到远排序）发给client。

③client取出列表中第一个datanode地址，把数据以及datanode位置信息的list发给该datanode（发送过程是以流式写入）。

④第一个datanode接收数据以及list后，保存到硬盘中，datanode在保存数据的过程中，把接收到的数据发送给list中下一个datanode。

⑤下一个datanode依次保存并转发数据，直到list的末尾。

⑥每个datanode在接收完一个block的数据之后，向namenode（感觉图有问题，应该是向client发送“done”，然后cliet收到所有的“done”消息后，告知namenode该block发送done，所有的block发送完，client通知namenode：file done， namenode记录下该文件的元数据信息（NameNode在内存中存储了meta等信息；内存有瓶颈），写结束）发送“done”消息

⑦当namenode收到针对该block所有datanode的“done”消息后，认为该block成功保存并备份到hdfs。

⑧当client完成第一个block的发送，继续重复之前步骤，发送第二个block，如此循环往复。

⑨当一个文件所有的block都写完了，client将向namenode发送关闭文件消息；namenode收到后，完成所有元数据信息的持久化。

通过Client从hdfs集群读数据，主要步骤：

①用户从client发起读文件请求，client向namenode发送该文件名。

②namenode向client回复保存了这个文件所有block的列表a，所有datanode保存的block列表b。

③client拿到列表后，就知道这个文件有多少block需要下载，并且知道每个block保存在哪些datanode上。client选择每个block对应的最佳（最近，l通常就是ist里面第一个）的datanode下载各个block即可。

hdfs容错机制：

主要错误类型：①节点失效 ②通信失败 ③数据损坏

一、节点失效

①如果主节点namenode挂掉，整个集群就挂了。

②从节点datanode失效检测：每3秒钟datanode主动向namenode发送心跳信息，如果namenode超过10分钟没有收到datanode的信息，就任务该datanode挂掉了，即使是因为网络原因收不到心跳信息，也会认为该datanode挂掉了。

二、网络失效

①在数据发送过程中，接受者或反馈ack（aknowledgement，确认字符）。在几次重连接后，如果ack一直没有被收到，发送方就认为接收方挂掉了或者网络连接失败。

三、数据损坏

①在发送数据的时候，数据以及数据的效验码一并发送给接收方，接收方在保存数据的同时，也保存对应的效验码。

②所有datanode都会发送block report给namenode，block repor中记录了该datanode保存的所有block的信息。

③在发送block report之前，datanode会检查block是否能通过效验码的验证，如果不能通过验证，则不会将该block的信息放到block report中。当namenode收到block report后，就会发现该datanode是否出现了数据损坏。

HDFS容错机制

一、处理写失败

①首先注意到，写数据的时候，一个block的数据在网络中是通过更小的包（packet）进行传输的。

②并且，每个datanode在收到packet后会给client发送一个ack应答。client根据收到的ack情况，判断哪些节点失效，如果发现有datanode失效，就调整复制链，跳过挂掉的datanode节点。

③当发生datanode失效时，client将向调整后的list第一个有效节点发送调整后的list。注意到，那个block还是将处于“under replicated”的状态，但是namenode将在后续处理。

二、处理读失败

①当client发起读请求后，由于namenode会发送保存了某个block的所有datanode，所以当某一个datanode挂掉，client可以从列表中其他datanode读取该block数据。

三、数据节点失效（或者数据块失效）容错处理

①namenode保存了两个列表，一个list是每个blocks保存在datanode节点的情况，另一个list是保存了每个datanode上所拥有的block情况。

②namenode会以以下策略持续更新以上两个list：1.当一个block在某个datanode上数据损坏，namenode将更新第一个list，从block下移除该datanode；2.当一个datanode挂掉会，将会同时更新这两个list。

③namenode通过扫描block list和datanode list就可以知道，哪些数据备份出现了异常，把处于异常的备份称为“under replicated”待备份，针对“under replicated”待备份的block，namenode会让拥有待备份block的datanode从其他有该block备份的datanode拷贝。

④该容错是基于，只有还有一个正确副本的情况。虽然HDFS系统不能完全保证至少有一个副本是可用的。但是HDFS系统尽力保证选择出最明智的副本位置。

副本放置策略：

①每个集群被物理部署到多个机架，每个机架有多个datanode

②选择第一个副本位置：如果写入者是集群中的一个成员，那么它被选为第一个备份，否则随机地选择一个datanode作为备份位置。

③接下来两个副本的选择：选择非第一个备份所在机架上两个datanode作为备份

④随后的位置选取，选择任一一个随机的datanode，只要它满足以下两个条件：1.每个datanode只有一个副本(某个block的多个副本一定会分别放在不同的datanode上) 2.每个机架最多两个副本。

请注意：有时这两个条件不能被同时满足，那怎么办？HDFS是允许使用你自己的放置算法的，如果你有更好的算法，赶紧用起来！

下一步该怎么做？