哪些程序负责hdfs数据存储

『壹』 hdfs有哪些进程并说明其作用

Hadoop分布式文件系统(HDFS)被设计成适合运行在通用硬件(commodity hardware)上的分布式文件系统。它和现有的分布式文件系统有很多共同点。但同时，它和其他的分布式文件系统的区别也是很明显的。HDFS是一个高度容错性的系统，适合部署在廉价的机器上。HDFS能提供高吞吐量的数据访问，非常适合大规模数据集上的应用。HDFS放宽了一部分POSIX约束，来实现流式读取文件系统数据的目的。HDFS在最开始是作为Apache Nutch搜索引擎项目的基础架构而开发的。HDFS是Apache Hadoop Core项目的一部分。 Hadoop分布式文件系统架构 1 NameNode（名称节点） HDFS命名空间采用层次化（树状——译者注）的结构存放文件和目录。 2 映像和日志 Inode和定义metadata的系统文件块列表统称为Image(映像).NameNode将整个命名空间映像保存在RAM中。而映像的持久化记录则保存在NameNode的本地文件系统中，该持久化记录被称为Checkpoint(检查点)。NameNode还会记录HDFS中写入的操作，并将其存入一个记录文件，存放在本地文件系统中，这个记录文件被叫做Journal(日志)。 3 数据节点 DataNode上的每一个块(block)副本都由两个本地文件系统上的文件共同表示。其中一个文件包含了块（block）本身所需包含的数据，另一个文件则记录了该块的元数据，包括块所含数据大小和文件生成时间戳。数据文件的大小等于该块（block）的真实大小，而不是像传统的文件系统一样，需要用额外的存储空间凑成完整的块。因此，如果一个块里只需要一半的空间存储数据，那么就只需要在本地系统上分配半块的存储空间即可。 4 HDFS客户端 用户应用程序通过HDFS客户端连接到HDFS文件系统，通过库文件可导出HDFS文件系统的接口。像很多传统的文件系统一样，HDFS支持文件的读、写和删除操作，还支持对目录的创建和删除操作。与传统的文件系统不同的是，HDFS提供一个API用以暴露文件块的位置。这个功能允许应用程序。 5 检查点节点 HDFS中的NameNode节点，除了其主要职责是相应客户端请求以外，还能够有选择地扮演一到两个其他的角色，例如做检查点节点或者备份节点。该角色是在节点启动的时候特有的。 6 备份节点 HDFS的备份节点是最近在加入系统的一项特色功能。就像CheckpintNode一样，备份节点能够定期创建检查点，但是不同的是，备份节点一直保存在内存中，随着文件系统命名空间的映像更新和不断更新，并与NameNode的状态随时保持同步。 7 系统更新和文件系统快照 在软件更新的过程中，由于软件的bug或者人为操作的失误，文件系统损坏的几率会随之提升。在HDFS中创建系统快照的目的，就在于把系统升级过程中可能对数据造成的隐患降到最低。快照机制让系统管理员将当前系统状态持久化到文件系统中，这样以来，如果系统升级后出现了数据丢失或者损坏，便有机会进行回滚操作，将HDFS的命名空间和存储状态恢复到系统快照进行的时刻。

『贰』 大数据之HDFS

在现代的企业环境中，单机容量往往无法存储大量数据，需要跨机器存储。统一管理分布在集群上的文件系统称为 分布式文件系统 。

HDFS （Hadoop Distributed File System）是 Hadoop 的核心组件之一， 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。

HDFS是分布式计算中数据存储管理的基础，是基于流数据模式访问和处理超大文件的需求而开发的，可以运行于廉价的商用服务器上。它所具有的 高容错、高可靠性、高可扩展性、高获得性、高吞吐率 等特征为海量数据提供了不怕故障的存储，为超大数据集的应用处理带来了很多便利。

HDFS 具有以下 优点 ：

当然 HDFS 也有它的 劣势 ，并不适合以下场合：

HDFS 采用Master/Slave的架构来存储数据，这种架构主要由四个部分组成，分别为HDFS Client、NameNode、DataNode和Secondary NameNode。

Namenode是整个文件系统的管理节点，负责接收用户的操作请求。它维护着整个文件系统的目录树，文件的元数据信息以及文件到块的对应关系和块到节点的对应关系。

Namenode保存了两个核心的数据结构：

在NameNode启动的时候，先将fsimage中的文件系统元数据信息加载到内存，然后根据edits中的记录将内存中的元数据同步到最新状态；所以，这两个文件一旦损坏或丢失，将导致整个HDFS文件系统不可用。

为了避免edits文件过大， SecondaryNameNode会按照时间阈值或者大小阈值，周期性的将fsimage和edits合并 ，然后将最新的fsimage推送给NameNode。

并非 NameNode 的热备。当NameNode 挂掉的时候，它并不能马上替换 NameNode 并提供服务。其主要任务是辅助 NameNode，定期合并 fsimage和fsedits。

Datanode是实际存储数据块的地方，负责执行数据块的读/写操作。

一个数据块在DataNode以文件存储在磁盘上，包括两个文件，一个是数据本身，一个是元数据，包括数据块的长度，块数据的校验和，以及时间戳。

文件划分成块，默认大小128M，以快为单位，每个块有多个副本（默认3个）存储不同的机器上。

Hadoop2.X默认128M， 小于一个块的文件，并不会占据整个块的空间 。Block数据块大小设置较大的原因：

文件上传 HDFS 的时候，Client 将文件切分成 一个一个的Block，然后进行存储。

Client 还提供一些命令来管理 HDFS，比如启动或者关闭HDFS。

Namenode始终在内存中保存metedata，用于处理“读请求”，到有“写请求”到来时，namenode会首 先写editlog到磁盘，即向edits文件中写日志，成功返回后，才会修改内存 ，并且向客户端返回，Hadoop会维护一个fsimage文件，也就是namenode中metedata的镜像，但是fsimage不会随时与namenode内存中的metedata保持一致，而是每隔一段时间通过合并edits文件来更新内容。

HDFS HA（High Availability）是为了解决单点故障问题。

HA集群设置两个名称节点，“活跃（ Active ）”和“待命（ Standby ）”，两种名称节点的状态同步，可以借助于一个共享存储系统来实现，一旦活跃名称节点出现故障，就可以立即切换到待命名称节点。

为了保证读写数据一致性，HDFS集群设计为只能有一个状态为Active的NameNode，但这种设计存在单点故障问题，官方提供了两种解决方案：

通过增加一个Secondary NameNode节点，处于Standby的状态，与Active的NameNode同时运行。当Active的节点出现故障时，切换到Secondary节点。

为了保证Secondary节点能够随时顶替上去，Standby节点需要定时同步Active节点的事务日志来更新本地的文件系统目录树信息，同时DataNode需要配置所有NameNode的位置，并向所有状态的NameNode发送块列表信息和心跳。

同步事务日志来更新目录树由JournalNode的守护进程来完成，简称为QJM，一个NameNode对应一个QJM进程，当Active节点执行任何命名空间文件目录树修改时，它会将修改记录持久化到大多数QJM中，Standby节点从QJM中监听并读取编辑事务日志内容，并将编辑日志应用到自己的命名空间。发生故障转移时，Standby节点将确保在将自身提升为Active状态之前，从QJM读取所有编辑内容。

注意，QJM只是实现了数据的备份，当Active节点发送故障时，需要手工提升Standby节点为Active节点。如果要实现NameNode故障自动转移，则需要配套ZKFC组件来实现，ZKFC也是独立运行的一个守护进程，基于zookeeper来实现选举和自动故障转移。

虽然HDFS HA解决了“单点故障”问题，但是在系统扩展性、整体性能和隔离性方面仍然存在问题：

HDFS HA本质上还是单名称节点。HDFS联邦可以解决以上三个方面问题。

在HDFS联邦中，设计了多个相互独立的NN，使得HDFS的命名服务能够水平扩展，这些NN分别进行各自命名空间和块的管理，不需要彼此协调。每个DN要向集群中所有的NN注册，并周期性的发送心跳信息和块信息，报告自己的状态。

HDFS联邦拥有多个独立的命名空间，其中，每一个命名空间管理属于自己的一组块，这些属于同一个命名空间的块组成一个“块池”。每个DN会为多个块池提供块的存储，块池中的各个块实际上是存储在不同DN中的。

『叁』 hdfs工作流程

1. hdfs基本工作流程

1. hdfs初始化目录结构

hdfs namenode -format 只是初始化了namenode的工作目录
而datanode的工作目录是在datanode启动后自己初始化的

namenode在format初始化的时候会形成两个标识：
blockPoolId：
clusterId：

新的datanode加入时，会获取这两个标识作为自己工作目录中的标识

一旦namenode重新format后，namenode的身份标识已变，而datanode如果依然
持有原来的id，就不会被namenode识别

2. hdfs的工作机制

• hdfs集群分为两大角色:NameNode,DataNode (Secondary NameNode)

• NameNode负责管理整个文件的元数据(命名空间信息，块信息) 相当于Master

• DataNode负责管理用户的文件数据块 相当于Salve

• 文件会按照固定的大小（block=128M）切成若干块后分布式存储在若干个datanode节点上

• 每一个文件块有多个副本（默认是三个），存在不同的datanode上

• DataNode会定期向NameNode汇报自身所保存的文件block信息，而namenode则会负责保持文件副本数量

• hdfs的内部工作机制会对客户的保持透明，客户端请求方法hdfs都是通过向namenode申请来进行访问

• SecondaryNameNode有两个作用，一是镜像备份，二是日志与镜像的定期合并

3. hdfs写入数据流程

1.客户端要向hdfs写入数据，首先要跟namenode通信以确认可以写文件并获得接收文件block的datanode，然后，客户端按照顺序将文件block逐个传给相应datanode，并由接收到block的datanode负责向其他datanode复制block副本

4. 写入数据步骤详细解析

• 客户端向namenode通信，请求上传文件，namenode检查目标文件是否已经存在，父目录是否存在

• namenode返回给客户端，告知是否可以上传

• 客户端请求第一个block该传输到那些datanode服务器上

• namenode返回3个datanode服务器abc

• 客户端请求3台datanode的一台a上传数据（本质上是一个rpc调用，建立pipeline），A收到请求后会继续调用b，然后b调用c，将整个pipeline建立完成，逐级返回客户端。

• 客户端开始忘a上传第一个block（先从磁盘读取数据放入本地内存缓存），以packet为单位，a收到一个packet将会传给b，b传给c，a每传一个packet会放入一个应答队列等待应答

• 宕一个block传输完之后，客户端再次请求namenode上传第二个block的服务器

『肆』 大数据技术Hadoop笔试题

大数据技术Hadoop笔试题

导读：Hadoop有高容错性的特点，并且设计用来部署在低廉的(low-cost)硬件上。以下是由我J.L为您整理推荐的面试笔试题目和经验，欢迎参考阅读。

单项选择题

1. 下面哪个程序负责 HDFS 数据存储。

a)NameNode

b)Jobtracker

c)Datanode

d)secondaryNameNode

e)tasktracker

2. HDfS 中的 block 默认保存几份?

a)3 份

b)2 份

c)1 份

d)不确定

3. 下列哪个程序通常与 NameNode 在一个节点启动?

a)SecondaryNameNode

b)DataNode

c)TaskTracker

d)Jobtracker

4. Hadoop 作者

a)Martin Fowler

b)Kent Beck

c)Doug cutting

5. HDFS 默认 Block Size

a)32MB

b)64MB

c)128MB

6. 下列哪项通常是集群的最主要瓶颈

a)CPU

b)网络

c)磁盘

d)内存

7. 关于 SecondaryNameNode 哪项是正确的?

a)它是 NameNode 的热备

b)它对内存没有要求

c)它的目的是帮助 NameNode 合并编辑日志，减少 NameNode 启动时间

d)SecondaryNameNode 应与 NameNode 部署到一个节点

多选题

8. 下列哪项可以作为集群的管理工具

a)Puppet

b)Pdsh

c)Cloudera Manager

d)d)Zookeeper

9. 配置机架感知的下面哪项正确

a)如果一个机架出问题，不会影响数据读写

b)写入数据的时候会写到不同机架的 DataNode 中

c)MapRece 会根据机架获取离自己比较近的网络数据

10. Client 端上传文件的时候下列哪项正确

a)数据经过 NameNode 传递给 DataNode

b)Client 端将文件切分为 Block，依次上传

c)Client 只上传数据到一台 DataNode，然后由 NameNode 负责 Block 复制工作

11. 下列哪个是 Hadoop 运行的模式

a)单机版

b)伪分布式

c)分布式

12. Cloudera 提供哪几种安装 CDH 的方法

a)Cloudera manager

b)Tar ball

c)Yum d)Rpm

判断题

13. Ganglia 不仅可以进行监控，也可以进行告警。( )

14. Block Size 是不可以修改的。( )

15. Nagios 不可以监控 Hadoop 集群，因为它不提供 Hadoop 支持。( )

16. 如果 NameNode 意外终止，SecondaryNameNode 会接替它使集群继续工作。( )

17. Cloudera CDH 是需要付费使用的。( )

18. Hadoop 是 Java 开发的，所以 MapRece 只支持 Java 语言编写。( )

19. Hadoop 支持数据的随机读写。( )

20. NameNode 负责管理 metadata，client 端每次读写请求，它都会从磁盘中读取或则会写入 metadata 信息并反馈 client 端。( )

21. NameNode 本地磁盘保存了 Block 的位置信息。( )

22. DataNode 通过长连接与 NameNode 保持通信。( )

23. Hadoop 自身具有严格的权限管理和安全措施保障集群正常运行。( )

24. Slave 节点要存储数据，所以它的磁盘越大越好。( )

25. hadoop dfsadmin –report 命令用于检测 HDFS 损坏块。( )

26. Hadoop 默认调度器策略为 FIFO( )

27. 集群内每个节点都应该配 RAID，这样避免单磁盘损坏，影响整个节点运行。( )

28. 因为 HDFS 有多个副本，所以 NameNode 是不存在单点问题的。( )

29. 每个 map 槽就是一个线程。( )

30. Maprece 的 input split 就是一个 block。( )

31. NameNode 的 Web UI 端口是 50030，它通过 jetty 启动的 Web 服务。( )

32. Hadoop 环境变量中的 HADOOP_HEAPSIZE 用于设置所有 Hadoop 守护线程的内存。它默认是 200 GB。( )

33. DataNode 首次加入 cluster 的时候，如果 log 中报告不兼容文件版本，那需要 NameNode执行“Hadoop namenode -format”操作格式化磁盘。( )

别走开，答案在后面哦!

1. 下面哪个程序负责 HDFS 数据存储。答案C datanode

a)NameNode

b)Jobtracker

c)Datanode

d)secondaryNameNode

e)tasktracker

2. HDfS 中的 block 默认保存几份? 答案A默认3分

a)3 份

b)2 份

c)1 份

d)不确定

3. 下列哪个程序通常与 NameNode 在一个节点启动?答案D

a)SecondaryNameNode

b)DataNode

c)TaskTracker

d)Jobtracker

此题分析：

hadoop的集群是基于master/slave模式，namenode和jobtracker属于master，datanode和 tasktracker属于slave，master只有一个，而slave有多个SecondaryNameNode内存需求和NameNode在一个数量级上，所以通常secondary NameNode(运行在单独的物理机器上)和NameNode运行在不同的机器上。

JobTracker和TaskTracker

JobTracker 对应于 NameNode

TaskTracker 对应于 DataNode

DataNode 和NameNode 是针对数据存放来而言的

JobTracker和TaskTracker是对于MapRece执行而言的

maprece中几个主要概念，maprece整体上可以分为这么几条执行线索：obclient，JobTracker与TaskTracker。

1、JobClient会在用户端通过JobClient类将应用已经配置参数打包成jar文件存储到hdfs，并把路径提交到Jobtracker, 然后由JobTracker创建每一个Task(即MapTask和ReceTask)并将它们分发到各个TaskTracker服务中去执行。

2、JobTracker是一个master服务，软件启动之后JobTracker接收Job，负责调度Job的每一个子任务task运行于 TaskTracker上，并监控它们，如果发现有失败的task就重新运行它。一般情况应该把JobTracker部署在单独的机器上。

3、TaskTracker是运行在多个节点上的slaver服务。TaskTracker主动与JobTracker通信，接收作业，并负责直接执行每一个任务。TaskTracker都需要运行在HDFS的DataNode上。

4. Hadoop 作者 答案C Doug cutting

a)Martin Fowler

b)Kent Beck

c)Doug cutting

5. HDFS 默认 Block Size 答案：B

a)32MB

b)64MB

c)128MB

(因为版本更换较快，这里答案只供参考)

6. 下列哪项通常是集群的最主要瓶颈：答案：C磁盘

a)CPU

b)网络

c)磁盘IO

d)内存

该题解析：

首先集群的目的是为了节省成本，用廉价的pc机，取代小型机及大型机。小型机和大型机有什么特点?

1.cpu处理能力强

2.内存够大

所以集群的瓶颈不可能是a和d

3.网络是一种稀缺资源，但是并不是瓶颈。

4.由于大数据面临海量数据，读写数据都需要io，然后还要冗余数据，hadoop一般备3份数据，所以IO就会打折扣。

7. 关于 SecondaryNameNode 哪项是正确的?答案C

a)它是 NameNode 的热备

b)它对内存没有要求

c)它的目的是帮助 NameNode 合并编辑日志，减少 NameNode 启动时间

d)SecondaryNameNode 应与 NameNode 部署到一个节点。

多选题：

8. 下列哪项可以作为集群的管理?答案：ABD

a)Puppet

b)Pdsh

c)Cloudera Manager

d)Zookeeper

9. 配置机架感知的下面哪项正确：答案ABC

a)如果一个机架出问题，不会影响数据读写

b)写入数据的时候会写到不同机架的 DataNode 中

c)MapRece 会根据机架获取离自己比较近的网络数据

10. Client 端上传文件的时候下列哪项正确?答案B

a)数据经过 NameNode 传递给 DataNode

b)Client 端将文件切分为 Block，依次上传

c)Client 只上传数据到一台 DataNode，然后由 NameNode 负责 Block 复制工作

该题分析：

Client向NameNode发起文件写入的请求。

NameNode根据文件大小和文件块配置情况，返回给Client它所管理部分DataNode的信息。

Client将文件划分为多个Block，根据DataNode的地址信息，按顺序写入到每一个DataNode块中。

11. 下列哪个是 Hadoop 运行的模式：答案ABC

a)单机版

b)伪分布式

c)分布式

12. Cloudera 提供哪几种安装 CDH 的方法?答案：ABCD

a)Cloudera manager

b)Tarball

c)Yum

d)Rpm

判断题：

13. Ganglia 不仅可以进行监控，也可以进行告警。( 正确)

分析：此题的目的是考Ganglia的'了解。严格意义上来讲是正确。ganglia作为一款最常用的Linux环境中的监控软件，它擅长的的是从节点中按照用户的需求以较低的代价采集数据。但是ganglia在预警以及发生事件后通知用户上并不擅长。最新的ganglia已经有了部分这方面的功能。但是更擅长做警告的还有Nagios。Nagios，就是一款精于预警、通知的软件。通过将Ganglia和Nagios组合起来，把Ganglia采集的数据作为Nagios的数据源，然后利用Nagios来发送预警通知，可以完美的实现一整套监控管理的系统。

14. Block Size 是不可以修改的。(错误 )

分析：它是可以被修改的Hadoop的基础配置文件是hadoop-default.xml，默认建立一个Job的时候会建立Job的Config，Config首先读入hadoop-default.xml的配置，然后再读入hadoop- site.xml的配置(这个文件初始的时候配置为空)，hadoop-site.xml中主要配置需要覆盖的hadoop-default.xml的系统级配置。

15. Nagios 不可以监控 Hadoop 集群，因为它不提供 Hadoop 支持。(错误 )

分析：Nagios是集群监控工具，而且是云计算三大利器之一

16. 如果 NameNode 意外终止，SecondaryNameNode 会接替它使集群继续工作。(错误 )

分析：SecondaryNameNode是帮助恢复，而不是替代，如何恢复，可以查看

17. Cloudera CDH 是需要付费使用的。(错误 )

分析：第一套付费产品是Cloudera Enterpris，Cloudera Enterprise在美国加州举行的 Hadoop 大会 (Hadoop Summit) 上公开，以若干私有管理、监控、运作工具加强 Hadoop 的功能。收费采取合约订购方式，价格随用的 Hadoop 丛集大小变动。

18. Hadoop 是 Java 开发的，所以 MapRece 只支持 Java 语言编写。(错误 )

分析：rhadoop是用R语言开发的，MapRece是一个框架，可以理解是一种思想，可以使用其他语言开发。

19. Hadoop 支持数据的随机读写。(错 )

分析：lucene是支持随机读写的，而hdfs只支持随机读。但是HBase可以来补救。HBase提供随机读写，来解决Hadoop不能处理的问题。HBase自底层设计开始即聚焦于各种可伸缩性问题：表可以很“高”，有数十亿个数据行;也可以很“宽”，有数百万个列;水平分区并在上千个普通商用机节点上自动复制。表的模式是物理存储的直接反映，使系统有可能提高高效的数据结构的序列化、存储和检索。

20. NameNode 负责管理 metadata，client 端每次读写请求，它都会从磁盘中读取或则会写入 metadata 信息并反馈 client 端。(错误)

此题分析：

NameNode 不需要从磁盘读取 metadata，所有数据都在内存中，硬盘上的只是序列化的结果，只有每次 namenode 启动的时候才会读取。

1)文件写入

Client向NameNode发起文件写入的请求。

NameNode根据文件大小和文件块配置情况，返回给Client它所管理部分DataNode的信息。

Client将文件划分为多个Block，根据DataNode的地址信息，按顺序写入到每一个DataNode块中。

2)文件读取

Client向NameNode发起文件读取的请求。

21. NameNode 本地磁盘保存了 Block 的位置信息。( 个人认为正确，欢迎提出其它意见)

分析：DataNode是文件存储的基本单元，它将Block存储在本地文件系统中，保存了Block的Meta-data，同时周期性地将所有存在的Block信息发送给NameNode。NameNode返回文件存储的DataNode的信息。

Client读取文件信息。

22. DataNode 通过长连接与 NameNode 保持通信。( )

这个有分歧：具体正在找这方面的有利资料。下面提供资料可参考。

首先明确一下概念：

(1).长连接

Client方与Server方先建立通讯连接，连接建立后不断开，然后再进行报文发送和接收。这种方式下由于通讯连接一直存在，此种方式常用于点对点通讯。

(2).短连接

Client方与Server每进行一次报文收发交易时才进行通讯连接，交易完毕后立即断开连接。此种方式常用于一点对多点通讯，比如多个Client连接一个Server.

23. Hadoop 自身具有严格的权限管理和安全措施保障集群正常运行。(错误 )

hadoop只能阻止好人犯错，但是不能阻止坏人干坏事

24. Slave 节点要存储数据，所以它的磁盘越大越好。( 错误)

分析：一旦Slave节点宕机，数据恢复是一个难题

25. hadoop dfsadmin –report 命令用于检测 HDFS 损坏块。(错误 )

26. Hadoop 默认调度器策略为 FIFO(正确 )

27. 集群内每个节点都应该配 RAID，这样避免单磁盘损坏，影响整个节点运行。(错误 )

分析：首先明白什么是RAID，可以参考网络磁盘阵列。这句话错误的地方在于太绝对，具体情况具体分析。题目不是重点，知识才是最重要的。因为hadoop本身就具有冗余能力，所以如果不是很严格不需要都配备RAID。具体参考第二题。

28. 因为 HDFS 有多个副本，所以 NameNode 是不存在单点问题的。(错误 )

29. 每个 map 槽就是一个线程。(错误 )

分析：首先我们知道什么是map 槽,map 槽->map slotmap slot 只是一个逻辑值 ( org.apache.hadoop.mapred.TaskTracker.TaskLauncher.numFreeSlots )，而不是对应着一个线程或者进程

30. Maprece 的 input split 就是一个 block。(错误 )

31. NameNode 的 Web UI 端口是 50030，它通过 jetty 启动的 Web 服务。(错误 )

32. Hadoop 环境变量中的 HADOOP_HEAPSIZE 用于设置所有 Hadoop 守护线程的内存。它默认是 200 GB。( 错误)

hadoop为各个守护进程(namenode,secondarynamenode,jobtracker,datanode,tasktracker)统一分配的内存在hadoop-env.sh中设置，参数为HADOOP_HEAPSIZE，默认为1000M。

33. DataNode 首次加入 cluster 的时候，如果 log 中报告不兼容文件版本，那需要 NameNode执行“Hadoop namenode -format”操作格式化磁盘。(错误 )

分析：

首先明白介绍，什么ClusterID

ClusterID

添加了一个新的标识符ClusterID用于标识集群中所有的节点。当格式化一个Namenode，需要提供这个标识符或者自动生成。这个ID可以被用来格式化加入集群的其他Namenode。

二次整理

有的同学问题的重点不是上面分析内容：内容如下：

这个报错是说明 DataNode 所装的Hadoop版本和其它节点不一致，应该检查DataNode的Hadoop版本

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『伍』 HDFS 系统架构

HDFS Architecture

Hadoop Distributed File System (HDFS) 是设计可以运行于普通商业硬件上的分布式文件系统。它跟现有的分布式文件系统有很多相通的地方，但是区别也是显著的。HDFS具有高度容错性能，被设计运行于低成本硬件上。HDFS可以向应用提供高吞吐带宽，适合于大数据应用。HDFS 放宽了一些 POSIX 的要求，以开启对文件系统数据的流式访问。HDFS 最初是作为Apache Nutch web 搜索引擎项目的基础设施开发的。HDFS 现在是 Apache Hadoop 核心项目的一部分。

HDFS是主从架构。一个HDFS集群包含一个NameNode，一个管理文件系统命名空间和控制客户端访问文件的master server。以及，若干的 DataNodes，通常集群的每个node一个，管理运行DataNode的节点上的存储。HDFS 发布一个文件系统命名空间，并允许用户数据已文件的形式存储在上面。内部，一个文件被分成一个或多个块，存储在一组DataNodes上。NameNode 执行文件系统命名空间操作，比如：打开、关闭、重命名文件或目录。它还确定块到DataNodes的映射。DataNodes 负责向文件系统客户端提供读写服务。DataNodes 根据 NameNode 的指令执行块的创建、删除以及复制。

NameNode 和 DataNode 是设计运行于普通商业机器的软件。这些机器通常运行 GNU/Linux 操作系统。HDFS 是Java 语言编写的；任何支持Java的机器都可以运行NameNode or DataNode 软件。使用高移植性Java语言，意味着HDFS可以部署在很大范围的机器上。一个典型的部署就是一台特定的机器只运行NameNode 软件，而集群内的其他机器运行DataNode 软件的一个实例。这种架构不排除一台机器上运行多个DataNodes ，但是在实际部署中很少见。

单 NameNode 节点的存在大大简化了架构。NameNode 是所有HDFS 元数据的仲裁和仓库。系统设计上，用户数据永远不经过NameNode。

HDFS 支持传统的文件分级组织。用户或应用可以创建目录，并在目录内存储文件。 文件系统命名空间的层次结构跟其他文件系统类似；可以创建、删除、移动、重命名文件。HDFS 支持 user quotas 和 access permissions 。 HDFS 不支持软、硬链接。但是，HDFS 架构不排除实现这些功能。

虽然HDFS遵守 文件系统命名约定 ，一些路径和名称 (比如/.reserved 和.snapshot ) 保留了。比如功能 transparent encryption 和 snapshot 就使用的保留路径。

NameNode 维护文件系统命名空间。任何文件系统命名空间或属性的变化，都会被NameNode记录。 应用可以指定HDFS应维护的文件副本数量。文件副本的数量被称为该文件的复制因子 replication factor 。该信息存储于NameNode。

HDFS 被设计用于在一个大规模集群上跨机器可靠地存储巨大的文件。它以一序列的块的方式存储文件。每个文件都可以配置块尺寸和复制因子。

一个文件除了最后一个块外，其他的块一样大。在 append 和 hsync 添加了可变长度块的支持后，用户可以启动一个新的块，而不用填充最后一个块到配置的块大小。

应用可以指定一个文件的副本数量。复制因子可以在创建的时候指定，也可以以后更改。HDFS的文件只写一次(除了 appends 和 truncates) ，并在任何时候只允许一个 writer 。

NameNode 指定块复制的所有决策。它周期性的从集群的每个DataNodes 接受 Heartbeat 和 Blockreport。Heartbeat 的接受代表 DataNode 工作正常。Blockreport 包含了DataNode上所有块的清单。

副本的位置对HDFS的可靠性和性能至关重要。副本位置的优化是HDFS和其他大多数分布式文件系统的区别。这是一个需要大量调优和经验的特性。Rack-aware 复制策略的目的就是提高数据可靠性，可用性和网络带宽利用率。当前副本位置策略的实现是这个方向的第一步。实施该策略的短期目标是在生产环境验证它，了解其更多的行为，为测试和研究更复杂的策略打下基础。

大型HDFS实例运行在跨多个Rack的集群服务器上。不同rack的两个node通信需要通过交换机。大多数情况下，同一rack内的带宽大于rack之间的带宽。

NameNode 通过在 Hadoop Rack Awareness 内的进程描述 判断DataNode 属于哪个rack id。一个简单但是并非最佳的策略是将副本分布于不同的racks。这可以防止整个机架发生故障时丢失数据，并允许在读取数据时使用多个机架的带宽。该策略在群集中均匀地分布副本，使得组件故障时很容易平衡负载。 但是，该策略会增加写入成本，因为写入操作需要将块传输到多个机架。

一般，复制因子设置为3， HDFS 的分布策略是：如果writer在datanode上则将一个副本放到本地机器， 如果writer不在datanode上则将一个副本放到writer所在机柜的随机datanode 上；另一个副本位于不同机架的node上；最后一个副本位于同一远程机架的不同node上。 该策略减少了机架间的写流量，提升了写性能。机架故障的概率远小于节点故障的概率；此策略不会影响数据可靠性和可用性承诺。但是，在读取数据时，它确实减少了聚合带宽，因为块存储于两个机柜而不是三个机柜内。使用此策略，副本不会均匀的分布于机架上。1/3 副本 位于同一节点， 2/3 副本位于同一机架， 另1/3副本位于其他机架。该策略提升了写性能而不影响数据可靠性和读性能。

如果复制因子大于3，那么第4个及以后的副本则随机放置，只要满足每个机架的副本在(replicas - 1) / racks + 2)之下。

因为 NameNode 不允许 DataNodes 拥有同一个块的多个副本，所以副本的最大数就是DataNodes的数量。

在把对 存储类型和存储策略 的支持添加到 HDFS 后，除了上面介绍的rack awareness外， NameNode 会考虑其他副本排布的策略。NameNode 先基于rack awareness 选择节点，然后检查候选节点有文件关联的策略需要的存储空间。 如果候选节点没有该存储类型， NameNode 会查找其他节点。如果在第一条路径中找不到足够的节点来放置副本，NameNode会在第二条路径中查找具有回滚存储类型的节点。 、

当前，这里描述的默认副本排布策略正在使用中。

为了最小化全局带宽消耗和读取延迟， HDFS 会尝试从最靠近reader的副本响应读取请求。如果在reader节点的同一机架上上存在副本，则该副本有限响应读请求。如果HDFS集群跨多个数据中心，则本地数据中心优先。

启动时，NameNode 会进入一个称为 Safemode 的特殊状态。当NameNode处于Safemode状态时，不会复制数据块。NameNode从DataNodes接收Heartbeat和Blockreport消息。Blockreport包含DataNode托管的数据块列表。每个块都指定了最小副本数。当数据块的最小副本数已与NameNode签入时，该块被认为是安全复制的。在NameNode签入安全复制数据块的已配置百分比（加上额外的30秒）后，NameNode退出Safemode状态。然后，它判断列表内的数据块清单是否少于副本指定的数量。NameNode 然后复制这些块给其他 DataNodes。

HDFS 命名空间由 NameNode 存储。NameNode 使用事务日志 EditLog 来持久化的保存系统元数据的每次变更。比如，在HDFS创建一个新文件，NameNode会在 EditLog 插入一条记录来指示该变更。类似的，变更文件的复制因子也会在 EditLog 插入一条新记录。NameNode 以文件的形式，将 EditLog 保存在本地OS文件系统上。整个文件系统命名空间，包括块到文件的映射、文件系统属性，都存储于名字为 FsImage 的文件内。 FsImage 也以文件的形式，存储在NameNode的本地文件系统上。

NameNode 将包含整个文件系统和块映射的image保存在内存中。当NameNode启动时，或检查点被预先定义的阈值触发时，它会从磁盘读取 FsImage 和 EditLog ，把 EditLog 内的事物应用到内存中的FsImage，再将新版本刷新回磁盘的新 FsImage 。然后会截断旧的 EditLog ，因为它的事物已经应用到了持久化的 FsImage 上。 这个过程称为检查点 checkpoint 。检查点的目的是通过对文件系统元数据进行快照并保存到FsImage，来确保HDFS拥有文件系统元数据的一致性视图。尽管读取 FsImage 是高效的，但是对 FsImage 直接增量修改是不高效的。不是对每次编辑修改 FsImage ，而是将每次编辑保存到 Editlog 。在检查点期间，将 Editlog 的变更应用到 FsImage 。一个检查点可以在固定周期(dfs.namenode.checkpoint.period)(以秒为单位)触发，也可以文件系统事物数量达到某个值(dfs.namenode.checkpoint.txns)的时候触发。

DataNode 在本地文件系统上以文件的形式存储 HDFS data 。DataNode 不知道 HDFS 文件。它将HDFS data 的每个块以独立的文件存储于本地文件系统上。DataNode 不在同一目录创建所有的文件。而是，使用heuristic来确定每个目录的最佳文件数量，并适当的创建子目录。在一个目录创建所有的本地文件是不好的，因为本地文件系统可能不支持单目录的海量文件数量。当DataNode启动的时候，它扫描本地文件系统，生成与本地文件系统一一对应的HDFS数据块列表，然后报告给NameNode。这个报告称为 Blockreport。

所有的HDFS通信协议都在TCP/IP协议栈上。客户端与NameNode指定的端口建立连接。与NameNode以ClientProtocol 通信。DataNodes与NameNode以DataNode Protocol进行通信。远程过程调用(RPC)封装了Client Protocol 和 DataNode Protocol。设计上，NameNode从不启动任何RPCs。相反，它只应答DataNodes or clients发出的RPC请求。

HDFS的主要目标是可靠的存储数据，即使是在故障的情况下。常见故障类型有三种： NameNode failures , DataNode failures 和 network partitions 。

每个DataNode都周期性的向NameNode发送心跳信息。 一个 network partition 可能导致DataNodes子集丢失与NameNode的连接。NameNode会基于心跳信息的缺失来侦测这种情况。NameNode将没有心跳信息的DataNodes标记为 dead ，并不再转发任何IO请求给它们。任何注册到dead DataNode的数据对HDFS将不再可用。DataNode death会导致某些块的复制因子低于它们指定的值。NameNode不断跟踪需要复制的块，并在必要时启动复制。很多因素会导致重新复制：DataNode不可用，副本损坏，DataNode上硬盘故障，复制因子增加。

标记 DataNodes dead 的超时时间保守地设置了较长时间 (默认超过10分钟) 以避免DataNodes状态抖动引起的复制风暴。对于性能敏感的应用，用户可以设置较短的周期来标记DataNodes为过期，读写时避免过期节点。

HDFS 架构支持数据再平衡schemes。如果一个DataNode的空余磁盘空间低于阈值，sheme就会将数据从一个DataNode 移动到另外一个。在某些文件需求突然增长的情况下，sheme可能会在集群内动态的创建额外的副本，并再平衡其他数据。这些类型的数据再平衡schemes还没有实现。

有可能从DataNode获取的数据块，到达的时候损坏了。这种损坏可能是由于存储设备故障、网络故障、软件bug。HDFS客户端软件会HDFS的内容进行校验。当客户端创建HDFS文件的时候，它计算文件每个块的校验值，并以独立的隐藏文件存储在同一HDFS命名空间内。当客户端检索文件时候，它会校验从每个DataNode获取的数据，是否与关联校验文件内的校验值匹配。 如果不匹配，客户端可以从另外拥有副本块的DataNode检索。

FsImage 和 EditLog 是HDFS的核心数据结构。这些文件的损坏将导致HDFS实例异常。 因此，NameNode可以配置为支持多 FsImage 和 EditLog 副本模式。任何对 FsImage or EditLog 的更新都会导致每个 FsImages 和 EditLogs 的同步更新。 FsImage 和 EditLog 的同步更新会导致降低命名空间每秒的事物效率。但是，这种降级是可以接受的，因为HDFS应用是数据密集型，而不是元数据密集型。当NameNode重启的时候，它会选择最新的一致的 FsImage 和 EditLog 。

另外一种提供故障恢复能力的办法是多NameNodes 开启HA，以 shared storage on NFS or distributed edit log (called Journal)的方式。推荐后者。

Snapshots - 快照，支持在特定时刻存储数据的副本。快照功能的一个用法，可以回滚一个故障的HDFS实例到已知工作良好的时候。

HDFS被设计与支持超大的文件。与HDFS适配的软件都是处理大数据的。这些应用都只写一次，但是它们会读取一或多次，并且需要满足流式读速度。HDFS支持文件的 一次写入-多次读取 语义。 HDFS典型的块大小是128 MB.。因此，HDFS文件被分割为128 MB的块，可能的话每个块都位于不同的DataNode上。

当客户端以复制因子3写入HDFS文件时，NameNode以 复制目标选择算法 replication target choosing algorithm 检索DataNodes 列表。该列表包含了承载该数据块副本的DataNodes清单。然后客户端写入到第一个DataNode。第一DataNode逐步接受数据的一部分，将每一部分内容写入到本地仓库，并将该部分数据传输给清单上的第二DataNode。第二DataNode，按顺序接受数据块的每个部分，写入到仓库，然后将该部分数据刷新到第三DataNode。最终，第三DataNode将数据写入到其本地仓库。
因此，DataNode从管道的前一个DataNode获取数据，同时转发到管道的后一个DataNode。因此，数据是以管道的方式从一个DataNode传输到下一个的。

应用访问HDFS有很多方式。原生的，HDFS 提供了 FileSystem Java API 来给应用调用。还提供了 C language wrapper for this Java API 和 REST API 。另外，还支持HTTP浏览器查看HDFS实例的文件。 通过使用 NFS gateway ，HDFS还可以挂载到客户端作为本地文件系统的一部分。

HDFS的用户数据是以文件和目录的形式组织的。它提供了一个命令行接口 FS shell 来提供用户交互。命令的语法类似于其他shell (比如：bash, csh)。如下是一些范例：

FS shell 的目标是向依赖于脚本语言的应用提供与存储数据的交互。

DFSAdmin 命令用于管理HDFS集群。这些命令仅给HDFS管理员使用。如下范例：

如果启用了回收站配置，那么文件被 FS Shell 移除时并不会立即从HDFS删除。HDFS会将其移动到回收站目录(每个用户都有回收站，位于 /user/<username>/.Trash )。只要文件还在回收站内，就可以快速恢复。

最近删除的文件大多数被移动到 current 回收站目录 ( /user/<username>/.Trash/Current )，在配置周期内，HDFS给 current目录内的文件创建检查点 checkpoints (位于 /user/<username>/.Trash/<date> ) ，并删除旧的检查点。参考 expunge command of FS shell 获取更多关于回收站检查点的信息。

在回收站过期后，NameNode从HDFS命名空间删除文件。删除文件会将文件关联的块释放。注意，在用户删除文件和HDFS增加free空间之间，会有一个明显的延迟。

如下范例展示了FS Shell如何删除文件。我们在delete目录下创建两个文件(test1 & test2)

我们删除文件 test1。如下命令显示文件被移动到回收站。

现在我们尝试以skipTrash参数删除文件，该参数将不将文件发送到回收站。文件将会从HDFS完全删除。

我们检查回收站，只有文件test1。

如上，文件test1进了回收站，文件test2被永久删除了。

当缩减文件的复制因子时，NameNode选择可以被删除的多余副本。下一个Heartbeat会通报此信息给DataNode。DataNode然后会删除响应的块，相应的剩余空间会显示在集群内。同样，在setReplication API调用完成和剩余空间在集群显示之间会有一个时间延迟。

Hadoop JavaDoc API .

HDFS source code: http://hadoop.apache.org/version_control.html

『陆』 下面哪个程序负责hdfs数据存储

存放到HDFS 一般都是要分析的数据。分析完成的数据直接存储到MYSQL 或者ORACLE 中。这种处理方式是离线处理。如日志文件存储到hdfs 分析出网站的流量 UV PV 等等。一般都是用pig hive 和mr 等进行分析的。 存放到HBASE 一般都是数据拿过来直接用...