HDFS的文件读写具体流程

之前说到Hadoop的安装部署和一些大数据的特点
今天总结一下DataNode的作用
HDFS的文件读取流程和写入流程还有一点对机器感知的理解

步入主题：

DataNode功能：

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。Datanode 需要定时Namenode汇报自己持有的block信息，存储多个副本（副本数量也可以通过参数设置dfs.replication,默认是3）

按照我自己的理解：DATe Node就是客户机需要写入或者读取数据的时候，会先向NameNode 去发出请求，然后Name Node会响应给客户机具体的DATa Node的一个IP然后直接去找那个Datanode 最后Datanode返回相应的数据给客户机

DataNode的具体功能：

1.向NameNode节点报告状态，每个DataNode节点会周期性的向Name Node发送心跳信号和文件块状态报告

心跳是每三秒一次，心跳返回结果带有Name Node给该DATa Node的命令如复制/删除某个数据或者数据块。如果超过10分钟没有收到某个DATa Name的心跳，则认为该节点不可用

2.（简单的说就是管理它所在节点上存储的数据的读写，以及储存数据）

3.执行数据的流水线复制，当文件系统客户端从Name Node服务器进程获取到要进行的复制的数据块列表后，完成文件及其块副本的流水线复制

（从客户端副本或者第一个副本开始是一点数据一点数据的复制，副本1==》副本2==副本3，这一点数据三个都复制完以后再进行剩下的数据）

机架感知

人为编写的一个脚本，脚本中记录集群中节点与交换机的映射关系，机架感知依赖此脚本，数据副本机制也依赖于此脚本

编写python脚本“xxx.py”内容为服务器IP与交换机的对应关系

#!/usr/bin/python

#--coding:UTF-8 --

import sys

rack = {

​ “12.12.3.1”:“SW6300-1”,

​ “12.12.3.2”:“SW6300-1”,

​ “12.12.3.3”:“SW6300-1”,

​ “12.12.3.25”:“SW6300-2”,

​ “12.12.3.26”:“SW6300-2”,

​ “12.12.3.27”:“SW6300-2”,

​ “12.12.3.49”:“SW6300-3”,

​ “12.12.3.50”:“SW6300-3”,

​ “12.12.3.51”:“SW6300-3”,

​

​ “12.12.3.73”:“SW6300-4”,

​ “12.12.3.74”:“SW6300-4”,

​ “12.12.3.75”:“SW6300-4”,

​ }

if name==“main”:

​ print “/” + rack.get(sys.argv[1],“SW6300-1-2”)

还需要编辑core-site.xml配置文件，将脚本配置为topolopy.script.file.name的值

topology.script.file.name

/home/bigdata/apps/hadoop/etc/hadoop/RackAware.py

HDFS-文件写入流程

1、 client发起文件上传请求，通过RPC与NameNode建立通讯，NameNode检查目标文件是否已存在，父目录是否存在，返回是否可以上传；

2、 client请求第一个block该传输到哪些DataNode服务器上；

3、 NameNode根据配置文件中指定的备份数量及机架感知原理进行文件分配，返回可用的DataNode的地址如：

A，B，C；

4、 client请求3台DataNode中的一台A上传数据（本质上是一个RPC调用，建立pipeline），A收到请求会继续调用B，然后B调用C，将整个pipeline建立完成，后逐级返回client；

5、 client开始往A上传第一个block（先从磁盘读取数据放到一个本地内存缓存），以packet为单位（默认64K），A 收到一个packet就会传给B，B传给C；A每传一个packet会放入一个应答队列等待应答。

6、 数据被分割成一个个packet数据包在pipeline上依次传输，在pipeline反方向上，逐个发送ack（命令正确应答），最终由pipeline中第一个DataNode节点A将pipelineack发送给client;

7、 关闭写入流。

8、 当一个block传输完成之后，client再次请求NameNode上传第二个block到服务器。

HDFS文件读取流程

1、 客户端通过调用FileSystem对象的open()来读取希望打开的文件。

2、 Client向NameNode发起RPC请求，来确定请求文件block所在的位置；

3、 NameNode会视情况返回文件的部分或者全部block列表，对于每个block，NameNode 都会返回含有该 block 副本的 DataNode 地址； 这些返回的 DN 地址，会按照集群拓扑结构得出 DataNode 与客户端的距离，然后进行排序，排序两个规则：网络拓扑结构中距离 Client 近的排靠前；心跳机制中超时汇报的 DN 状态为 STALE，这样的排靠后；

4、 Client 选取排序靠前的 DataNode 来读取 block，如果客户端本身就是DataNode,那么将从本地直接获取数据(短路读取特性)；

5、 底层上本质是建立 Socket Stream（FSDataInputStream），重复的调用父类 DataInputStream 的 read 方法，直到这个块上的数据读取完毕；

6、 并行读取，若失败重新读取

7、 当读完列表的 block 后，若文件读取还没有结束，客户端会继续向NameNode 获取下一批的 block 列表；

8、 返回后续block列表

最终关闭读流，并将读取来所有的 block

HDFS数据完整性计算

数据写入之后进行数据首次校验，文件系统周期性进行校验，防止数据丢失。

读取数据之前进行数据校验，若两个校验相同，那么表示数据没有丢失，开始读取数据。

若两个校验不相同，那么表示数据有部分丢失，换到其他节点（相同副本的节点）读取数据。

HDFS 适用场景 一次写入，多次读出的场景，支持文件追加，但不支持在文件中间修改。