1、HDFS写数据流程

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  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. 当一个 block 传输完成之后，Client 再次请求 NameNode 上传第二个 block，重复步骤 2；

    考点一：机架感应策略

  • HDFS根据请求返回DataNode的节点的策略？— 机架感知
    • 如果当前Client所在机器有DataNode节点，那就返回当前机器DN1,否则从集群中随机一台。
    • 根据第一台机器的位置，然后再其他机架上随机一台，在第二台机器所在机架上再随机一台。
    • 以上策略的缘由：为了提高数据的可靠性，同时一定程度也保证数据传输的效率！

Hadoop2.x的副本节点选择机制

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Hadoop3.x的副本节点选择机制

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考点二：网络拓扑

  • 客户端建立传输通道的时候如何确定和哪一台DataNode先建立连接？— 网络拓扑
    • 找离client最近的一台机器先建立通道

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考点三：IO效率最大化

  • Client为什么是以串行的方式建立通道？
    • 通过串行的方式在三个DataNode中数据流管道来write packet
    • 本质上就是为了降低client的IO开销


考点四：Ack策略

  • 数据传输的时候如何保证数据成功？
    • 采用了ack回执的策略保证了数据完整成功上传

2、HDFS读数据流程

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  1. Client 向 NameNode 发起 RPC 请求，来确定请求文件 block 所在的位置；
  2. 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；
  3. 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)；
  4. 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；
  5. 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；
  6. 读取完一个 block 都会进行 checksum 验证，如果读取 DataNode 时出 现错误，客户端会通知 NameNode，然后再从下一个拥有该 block 副本的 DataNode 继续读。
  7. read 方法是并行的读取 block 信息，不是一块一块的读取；NameNode 只 是返回 Client 请求包含块的 DataNode 地址，并不是返回请求块的数据；
  8. 最终读取来所有的 block 会合并成一个完整的最终文件。

3、NameNode和SecondaryNameNode的工作机制

  • 元数据信息要保存在哪？
    • 保存到磁盘
      • 不足：读写速度慢 效率低！
    • 保存内存
      • 不足：数据不安全
    • 最终的解决方案： 磁盘 + 内存
  • 内存中的元数据和磁盘中的元数据如何进行同步。（元数据的维护策略）
    • 当我们对元数据进行操作的时候，首先在内存进行合并，其次还要把相关操作记录追加到edits编辑日志文件中，在满足一定条件下，将edits文件中的记录合并到元数据信息文件中 fsimage
  • 谁负责对NN的元数据信息进行合并？
    • 2NN主要负责对NN的元数据精心合并，当满足一定条件的下，2NN会检测本地时间，每隔一个小时会主动对NN的edits文件和fsimage文件进行一次合并。合并的时候，首先会通知NN,这时候NN就会停止对正在使用edits文件的追加，同时会新建一个新的edits编辑日志文件，保证NN的正常工作。接下来 2NN会把NN本地的fsimage文件和edits编辑日志拉取2NN的本地，在内存中对二者进行合并，最后产生最新fsimage文件。把最新的fsimage文件再发送给NN的本地。注意还有一个情况，当NN的edits文件中的操作次数累计达到100万次，即便还没到1小时，2NN（每隔60秒会检测一次NN方的edits文件的操作次数）也会进行合并。2NN 也会自己把最新的fsimage文件备份一份。