分布式文件系统 HDFS 简介

文章目录

• 1. HDFS 简介
• 2. HDFS起源发展
• 3. HDFS设计目标
• 4. HDFS应用场景
• 5. HDFS重要特性--主从架构
• 6. HDFS重要特性--分块存储机制
• 7. HDFS重要特性--副本机制
• 8. HDFS重要特性--namespace
• 9. HDFS重要特性--元数据管理
• 10. HDFS重要特性--数据块存储

1. HDFS 简介

• HDFS（ Hadoop Distributed File System ），意为：Hadoop分布式文件系统。是Apache Hadoop核心组件之一，作为大数据生态圈最底层的分布式存储服务而存在。
• 分布式文件系统解决大数据如何存储问题。分布式意味着是横跨在多台计算机上的存储系统。
• HDFS是一种能够在普通硬件上运行的分布式文件系统，它是高度容错的，适应于具有大数据集的应用程序，它非常适于存储大型数据 (比如 TB 和 PB)。
• HDFS使用多台计算机存储文件, 并且提供统一的访问接口, 像是访问一个普通文件系统一样使用分布式文件系统。

2. HDFS起源发展

• Doug Cutting领导Nutch项目研发，Nutch的设计目标是构建一个大型的全网搜索引擎，包括网页抓取、索引、查询等功能。
• 随着爬虫抓取网页数量的增加，遇到了严重的可扩展性问题——如何解决数十亿网页的存储和索引问题。
• 2003年的时候, Google 发表的论文为该问题提供了可行的解决方案。 《分布式文件系统（GFS），可用于处理海量网页的存储》
• Nutch的开发人员完成了相应的开源实现HDFS，并从Nutch中剥离和MapReduce成为独立项目HADOOP。

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3. HDFS设计目标

• 硬件故障（Hardware Failure） 是常态， HDFS可能有成百上千的服务器组成，每一个组件都有可能出现故障。因此故障检测和自动快速恢复是HDFS的核心架构目标。
• HDFS上的应用主要是以流式读取数据（Streaming Data Access）。HDFS被设计成用于批处理，而不是用户交互式的。相较于数据访问的反应时间，更注重数据访问的高吞吐量。
• 典型的HDFS文件大小是GB到TB的级别。所以，HDFS被调整成支持大文件（Large Data Sets）。它应该提供很高的聚合数据带宽，一个集群中支持数百个节点，一个集群中还应该支持千万级别的文件。
• 大部分HDFS应用对文件要求的是write-one-read-many访问模型。一个文件一旦创建、写入、关闭之后就不需要修改了。这一假设简化了数据一致性问题，使高吞吐量的数据访问成为可能。
• 移动计算的代价比之移动数据的代价低。 一个应用请求的计算，离它操作的数据越近就越高效。将计算移动到数据附近，比之将数据移动到应用所在显然更好。 HDFS被设计为可从一个平台轻松移植到另一个平台。这有助于将HDFS广泛用作大量应用程序的首选平台。

4. HDFS应用场景

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5. HDFS重要特性–主从架构

• HDFS采用master/slave架构。一般一个HDFS集群是有一个Namenode和一定数目的Datanode组成。Namenode是HDFS主节点，Datanode是HDFS从节点，两种角色各司其职，共同协调完成分布式的文件存储服务。

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6. HDFS重要特性–分块存储机制

• HDFS中的文件在 物理上是分块存储（block） 的，块的大小可以通过配置参数来规定，参数位于hdfs-default.xml中：dfs.blocksize。默认大小是128M（134217728）。

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7. HDFS重要特性–副本机制

• 文件的所有block都会有副本。每个文件的block大小（dfs.blocksize）和副本系数（dfs.replication）都是可配置的。副本系数可以在文件创建的时候指定，也可以在之后通过命令改变。
• 默认dfs.replication的值是3，也就是会额外再复制2份，连同本身总共3份副本。

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8. HDFS重要特性–namespace

• HDFS支持传统的层次型文件组织结构。用户可以创建目录，然后将文件保存在这些目录里。文件系统名字空间的层次结构和大多数现有的文件系统类似：用户可以创建、删除、移动或重命名文件。
• Namenode负责维护文件系统的namespace名称空间，任何对文件系统名称空间或属性的修改都将被Namenode记录下来。
• HDFS会给客户端提供一个统一的抽象目录树，客户端通过路径来访问文件，形如：hdfs://namenode:port/dir-a/dir-b/dir-c/file.data。

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9. HDFS重要特性–元数据管理

• 在HDFS中，Namenode管理的元数据具有两种类型：

1. 文件自身属性信息 文件名称、权限，修改时间，文件大小，复制因子，数据块大小。

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1. 文件块位置映射信息 记录文件块和DataNode之间的映射信息，即哪个块位于哪个节点上。

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10. HDFS重要特性–数据块存储

• 文件的各个block的具体存储管理由DataNode节点承担。每一个block都可以在多个DataNode上存储。

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