【Hadoop】分布式文件系统 HDFS

目录

一、介绍

HDFS (Hadoop Distributed File System)是 Hadoop 下的分布式文件系统,具有高容错、高吞吐量等特性,可以部署在低成本的硬件上。

二、HDFS设计原理

2.1 HDFS 架构

HDFS 遵循主/从架构,由单个 NameNode(NN) 和多个 DataNode(DN) 组成:

  • NameNode : 文件系统的管理节点,维护整个系统的元数据,包括文件目录树、文件/目录信息,以及每个文件对应的block列表等
  • DataNode:文件系统的数据节点,提供真实文件数据的存储服务。

注:

  • HDFS在存储时,以block的形式存储数据,默认大小为128M(2.x和3.x版本)
    • 如果文件超过128M,就会被切分为多个block存储
    • 如果文件不足128M,则只产生一个block(只占用实际大小的磁盘空间)

2.2 数据复制

为了保证容错性,HDFS 提供了数据复制机制。HDFS 将每一个文件存储为一系列block,每个块由多个副本来保证容错,块的大小和复制因子可以自行配置(默认情况下,块大小是 128M,默认复制因子是 3)

复制的实现原理

大型的 HDFS 实例在通常分布在多个机架的多台服务器上。在大多数情况下,同一机架中 的服务器间的网络带宽大于不同机架中的服务器之间的带宽。因此 HDFS 采用机架感知副本放置策略,对于常见情况,当复制因子为 3 时,HDFS 的放置策略是:

  • 在写入程序位于 datanode 上时,就优先将写入文件的一个副本放置在该 datanode 上,否则放在随机 datanode 上
  • 之后在另一个远程机架上的任意一个节点上放置另一个副本
  • 并在该机架上的另一个节点上放置最后一个副本

此策略可以减少机架间的写入流量,从而提高写入性能。

注意:同一个 dataNode 上不允许有同一个块的多个副本

三、HDFS的特点

  • 优点
    • 通透性:即使有通过网络访问文件的操作,但在程序和用户看来就像是在访问本地磁盘
    • 高容错:多副本保证即使部分硬件损坏也不会导致全部数据的丢失
    • 性价比高:可以运行在大量的廉价机器上,节约成本
  • 缺点
    • 不适合低延时数据访问:数据延时无法支持"毫秒"级别的数据存储
    • 不适合小文件存储:主节点的内存是有限的,不论大小文件都会在主节点中保存元信息,存储大量小文件没有意义,违背HDFS的设计理念
    • 不支持文件并发写入和随机修改:一个文件同时只能有一个线程执行写操作。只支持文件追加,不支持数据的随机访问和修改

四、图解HDFS存储原理

以下图片引用自博客:翻译经典 HDFS 原理讲解漫画

1. 写过程



2. 读过程

3. HDFS故障类型和其检测方法

故障类型和其检测方法


读写故障的处理

DataNode 故障处理

副本布局策略

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