1. hdfs概述

1.1hdfs产生背景

随着数据量越来越大，在一个操作系统存不下所有的数据，那么就分配到更多的操作系统管理的磁盘中，但是不方便管理和维护，迫切需要一种系统来管理多台机器上的文件，这就是分布式文件管理系统。HDFS只是分布式文件管理系统中的一种。

1.2 hdfs定义

 一个分布式文件系统，用于存储文件，通过目录树来定位文件，其次是分布式的，有很多服务器联合起来实现其功能，集群中的服务有各自的角色，适用于一次写入多次读出的场景

1.3 优缺点

   优点：
     1.高容错性，多副本机制提高了容错性
     2. 适合处理大规模数据
     3.可构建在廉价的机器上
   缺点:
     1. 不适合低延时数据访问
     2. 无法高效的对大量小文件进行存储，因为会占用NameNode大量的内存空间,会时寻址时间超过读取时间违反了设计原则
     3. 不支持并发写入、文件的随机修改，仅支持数据的追加

1.4 组成架构

 1.NameNode：就是Master，是一个管理者
     管理HDFS的名称空间
     配置副本策略
     管理数据块的映射信息
     处理客户端的读写请求
 2.DataNode：就是Slave，NameNode下达命令，Data执行事件的操作
     存储实际的数据块
     执行数据块的读写操作
 3.Client：就是客户端
     文件切分，文件上传到HDFS时，Client将文件切分成一个个的Block然后上传
     与NameNode交互，获取文件的位置信息
     与DataNode交互，读写数据
     Client提供一些命令来管理或访问HDFS
 4.Secondary NameNode：并非NameNode的热备，当NameNode挂掉时它并不能马上替换NameNode闭关提供服务
     辅助NameNode，分担其工作量，比如定期合并Fsimage和Edits，并推送给NameNode
     在紧急情况下可辅助恢复NameNode

HDFS文件块大小

HDFS中的文件在物理存储上是分块存储，块的大小可以通过配置参数(dfs.blocksize)来规定，默认大小在Hadoop2.x和Hadoop3.x中是128M 1.x版本中是64M
寻址时间为传输时间的1%时为最佳状态
文件块设置太小会增加寻址时间，太大传输时间会明显大于定位时间导致处理数据时非常慢，因此HDFS块的大小设置主要取决于磁盘传输速率

2. HDFS的Shell操作

[-appendToFile <localsrc> ... <dst>]
  [-cat [-ignoreCrc] <src> ...]
  [-chgrp [-R] GROUP PATH...]
  [-chmod [-R] <MODE[,MODE]... | OCTALMODE> PATH...]
  [-chown [-R] [OWNER][:[GROUP]] PATH...]
  [-copyFromLocal [-f] [-p] <localsrc> ... <dst>]
  [-copyToLocal [-p] [-ignoreCrc] [-crc] <src> ... <localdst>]
  [-count [-q] <path> ...]
  [-cp [-f] [-p] <src> ... <dst>]
  [-df [-h] [<path> ...]]
  [-du [-s] [-h] <path> ...]
  [-get [-p] [-ignoreCrc] [-crc] <src> ... <localdst>]
  [-getmerge [-nl] <src> <localdst>]
  [-help [cmd ...]]
  [-ls [-d] [-h] [-R] [<path> ...]]
  [-mkdir [-p] <path> ...]
  [-moveFromLocal <localsrc> ... <dst>]
  [-moveToLocal <src> <localdst>]
  [-mv <src> ... <dst>]
  [-put [-f] [-p] <localsrc> ... <dst>]
  [-rm [-f] [-r|-R] [-skipTrash] <src> ...]
  [-rmdir [--ignore-fail-on-non-empty] <dir> ...]
<acl_spec> <path>]]
  [-setrep [-R] [-w] <rep> <path> ...]
  [-stat [format] <path> ...]
  [-tail [-f] <file>]
  [-test -[defsz] <path>]
  [-text [-ignoreCrc] <src> ...]

2.1 基本语法

  hadoop fs 具体命令 或者 hdfs dfs 具体命令

2.2 命令大全

2.2.1 上传

 1. -moveFromLocal：从本地剪切粘贴到HDFS
      hadoop fs  -moveFromLocal  ./shuguo.txt  /
 2. -copyFromLocal：从本地文件系统中拷贝文件到HDFS路径去
      hadoop fs -copyFromLocal weiguo.txt /sanguo
 3. -put：等同于copyFromLocal，生产环境更习惯用put
      hadoop fs -put ./wuguo.txt /sanguo
 4. -appendToFile：追加一个文件到已经存在的文件末尾      
      hadoop fs -appendToFile liubei.txt /sanguo/shuguo.txt

2.2.2 下载

 1. -copyToLocal：从HDFS拷贝到本地
      hadoop fs -copyToLocal /sanguo/shuguo.txt ./
 2. -get：等同于copyToLocal，生产环境更习惯用get
      hadoop fs -get /sanguo/shuguo.txt ./shuguo2.txt

2.2.3 直接操作

 1. -ls 显示目录信息
    hadoop fs -ls /sanguo
 2. -cat 显示文件内容
    hadoop fs -cat /sanguo/shuguo.txt
 3. -chgrp、-chmod、-chown：Linux文件系统中的用法一样，修改文件所属权限
    hadoop fs  -chmod 666 
    hadoop fs  -chown  wsl:wsl   /sanguo/shuguo.txt
 4. -mkdir：创建目录
     hadoop fs -mkdir /ddd
 5. -cp：从HDFS的一个路径拷贝到HDFS的另一个路径
     hadoop fs -cp /sanguo/shuguo.txt /jinguo
 6. -mv：在HDFS目录中移动文件
     hadoop fs -mv /sanguo/wuguo.txt /jinguo
 7. -tail：显示一个文件的末尾1kb的数据
     hadoop fs -tail /jinguo/shuguo.txt
 8. -rm：删除文件或文件夹 
     hadoop fs -rm /sanguo/shuguo.txt
 9. -rm -r：递归删除目录及目录里面内容
     hadoop fs -rm -r /sanguo
 10. -du统计文件夹的大小信息
     hadoop fs -du -s -h /jinguo
     hadoop fs -du  -h /jinguo
 11. -setrep：设置HDFS中文件的副本数量
      hadoop fs -setrep 10 /jinguo/shuguo.txt

3. API操作

3.1 创建目录

//获取文件系统
Configuration configuration = new Configuration();
FileSystem fs = FileSystem.get(new URI("hdfs://wsl01:8020"), configuration,"wsl");
// 2 创建目录
fs.mkdirs(new Path("/xiyou/huaguoshan/"));
// 3 关闭资源
fs.close();

3.2 文件上传

1.编写代码

//1.获取文件系统
Configuration configuration = new Configuration();
FileSystem fs = FileSystem.get(new URI("hdfs://wsl01:8020"), configuration,"wsl");
// 2 上传文件
fs.copyFromLocalFile(new Path("d:/sunwukong.txt"), new Path("/xiyou/huaguoshan"));
// 3 关闭资源
fs.close();

2.将hdfs-site.xml拷贝到项目的resources资源目录下

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<?xml-stylesheet type="text/xsl" href="configuration.xsl"?>
<configuration>
    <property>
        <name>dfs.replication</name>
         <value>1</value>
    </property>
</configuration>

3. 参数优先级

参数优先级排序：
（1）客户端代码中设置的值 >（2）ClassPath下的用户自定义配置文件 >（3）然后是服务器的自定义配置（xxx-site.xml） >（4）服务器的默认配置（xxx-default.xml）

3.3 文件下载

     // 1 获取文件系统
    Configuration configuration = new Configuration();
    FileSystem fs = FileSystem.get(new URI("hdfs://wsl01:8020"), configuration, "wsl");
    // 2 执行下载操作
    // boolean delSrc 指是否将原文件删除
    // Path src 指要下载的文件路径
    // Path dst 指将文件下载到的路径
    // boolean useRawLocalFileSystem 是否开启文件校验
    fs.copyToLocalFile(false, new Path("/xiyou/huaguoshan/sunwukong.txt"), new Path("d:/sunwukong2.txt"), true);
    // 3 关闭资源
    fs.close();

3.4 文件更名和移动

    // 1 获取文件系统
    Configuration configuration = new Configuration();
    FileSystem fs = FileSystem.get(new URI("hdfs://wsl01:8020"), configuration, "wsl");
    // 2 修改文件名称
    fs.rename(new Path("/xiyou/huaguoshan/sunwukong.txt"), new Path("/xiyou/huaguoshan/meihouwang.txt"));
    // 3 关闭资源
    fs.close();

3.5 删除文件和目录

     // 1 获取文件系统
    Configuration configuration = new Configuration();
    FileSystem fs = FileSystem.get(new URI("hdfs://wsl01:8020"), configuration, "wsl");
    // 2 执行删除
    fs.delete(new Path("/xiyou"), true);
    // 3 关闭资源
    fs.close();

3.6 文件详情查看

  // 1获取文件系统
Configuration configuration = new Configuration();
FileSystem fs = FileSystem.get(new URI("hdfs://wsl01:8020"), configuration, "wsl");
// 2 获取文件详情
RemoteIterator<LocatedFileStatus> listFiles = fs.listFiles(new Path("/"), true);
while (listFiles.hasNext()) {
     LocatedFileStatus fileStatus = listFiles.next();
     System.out.println("========" + fileStatus.getPath() + "=========");
     System.out.println(fileStatus.getPermission());
     System.out.println(fileStatus.getOwner());
     System.out.println(fileStatus.getGroup());
     System.out.println(fileStatus.getLen());
     System.out.println(fileStatus.getModificationTime());
     System.out.println(fileStatus.getReplication());
     System.out.println(fileStatus.getBlockSize());
     System.out.println(fileStatus.getPath().getName());
     // 获取块信息
     BlockLocation[] blockLocations = fileStatus.getBlockLocations();
     System.out.println(Arrays.toString(blockLocations));
}
// 3 关闭资源
fs.close();

3.7 文件和文件夹判断

    // 1 获取文件配置信息
    Configuration configuration = new Configuration();
    FileSystem fs = FileSystem.get(new URI("hdfs://wsl01:8020"), configuration, "wsl");
    // 2 判断是文件还是文件夹
    FileStatus[] listStatus = fs.listStatus(new Path("/"));
    for (FileStatus fileStatus : listStatus) {
        // 如果是文件
        if (fileStatus.isFile()) {
            System.out.println("f:"+fileStatus.getPath().getName());
        }else {
            System.out.println("d:"+fileStatus.getPath().getName());
        }
    }
    // 3 关闭资源
    fs.close();

4. HDFS读写流程

4.1 写流程

HDFS写流程.png

（1）客户端通过Distributed FileSystem模块向NameNode请求上传文件，NameNode检查目标文件是否已存在，父目录是否存在。
（2）NameNode返回是否可以上传。
（3）客户端请求第一个 Block上传到哪几个DataNode服务器上。
（4）NameNode返回3个DataNode节点，分别为dn1、dn2、dn3。
（5）客户端通过FSDataOutputStream模块请求dn1上传数据，dn1收到请求会继续调用dn2，然后dn2调用dn3，将这个通信管道建立完成。
（6）dn1、dn2、dn3逐级应答客户端。
（7）客户端开始往dn1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，dn1收到一个Packet就会传给dn2，dn2传给dn3；dn1每传一个packet会放入一个应答队列等待应答。
（8）当一个Block传输完成之后，客户端再次请求NameNode上传第二个Block的服务器。（重复执行3-7步）

4.2 读流程

HDFS读数据流程.png

（1）客户端通过DistributedFileSystem向NameNode请求下载文件，NameNode通过查询元数据，找到文件块所在的DataNode地址。
（2）挑选一台DataNode（就近原则，然后随机）服务器，请求读取数据。
（3）DataNode开始传输数据给客户端（从磁盘里面读取数据输入流，以Packet为单位来做校验）。
（4）客户端以Packet为单位接收，先在本地缓存，然后写入目标文件。

5. NameNode和SecondaryNameNode

5.1 NameNode工作机制

NameNode工作机制.png

1.第一阶段：NameNode 启动
    （1）第一次启动NameNode格式化后，创建Fsimage和Edits文件。如果不是第一次启动，直接加载编辑日志和镜像文件到内存。
    （2）客户端对元数据进行增删改的请求。
    （3）NameNode记录操作日志，更新滚动日志。
    （4）NameNode在内存中对元数据进行增删改。
2.第二阶段：SecondaryNameNode工作
    （1）Secondary NameNode询问NameNode是否需要CheckPoint。直接带回NameNode是否检查结果。
    （2）Secondary NameNode请求执行CheckPoint。
    （3）NameNode滚动正在写的Edits日志。
    （4）将滚动前的编辑日志和镜像文件拷贝到Secondary NameNode。
    （5）Secondary NameNode加载编辑日志和镜像文件到内存，并合并。
    （6）生成新的镜像文件fsimage.chkpoint。
    （7）拷贝fsimage.chkpoint到NameNode。
    （8）NameNode将fsimage.chkpoint重新命名成fsimage。

5.2 Fsimage和Edits解析

 1. Fsimage文件：HDFS文件系统元数据的一个永久性的检查点，其中包含HDFS文件系统的所有目录和文件inode的系列化信息
 2. Edits文件：存放HDFS文件系统的所有更新操作的路径，文件系统客户端的所有写操作首先会被记录到Edits文件中
 3. seen_txid文件：保存的是一个数字就是问候一个edits_的数字
 4. 每次NameNode启动的时候都会将Fsimage文件读入内存，加载Edits里面的更新操作，保证内存中的元数据信息时最新的、同步的可以看成NameNode启动的时候九江Fsimage和Edits文件进行了合并

oiv 查看Fsimage文件

 1.基本语法
     hdfs oiv -p 文件类型 -i镜像文件 -o 转换后文件输出路径
 2. 实操
     hdfs oiv -p XML -i fsimage_0000000000000000025 -o /opt/module/hadoop-3.1.3/fsimage.xml

oev 查看Edits文件

 （1）基本语法
       hdfs oev -p 文件类型 -i编辑日志 -o 转换后文件输出路径
 （2）案例实操
       hdfs oev -p XML -i edits_0000000000000000012-0000000000000000013 -o /opt/module/hadoop-3.1.3/edits.xml

5.3 CheckPoint时间设置

    1）通常情况下，SecondaryNameNode每隔一小时执行一次。
        [hdfs-default.xml]
        <property>
          <name>dfs.namenode.checkpoint.period</name>
          <value>3600s</value>
        </property>
    2）一分钟检查一次操作次数，当操作次数达到1百万时，SecondaryNameNode执行一次。
    <property>
      <name>dfs.namenode.checkpoint.txns</name>
      <value>1000000</value>
    <description>操作动作次数</description>
    </property>
    <property>
      <name>dfs.namenode.checkpoint.check.period</name>
          <value>60s</value>
      <description>1分钟检查一次操作次数</description>
    </property>

6. DataNode

6.1 DataNode工作机制

DataNode工作机制.png

   1. 一个数据块在DataNode上以文件形式存储在磁盘上，包括两个文件，一个时数据本身，一个是元数据包括数据块的长度，数据块的校检和及时间戳
   2. DataNode启动后项NameNode注册，通过后周期性(6h)向NameNode上包所有的块信息
       DataNode向NameNode汇报当前解读信息的时间间隔默认6h
       <property>
             <name>dfs.blockreport.intervalMsec</name>
             <value>21600000</value>
       </property>
       DataNode扫描自己节点块信息列表的时间默认6h
       <property>
         <name>dfs.datanode.directoryscan.interval</name>
         <value>21600s</value>
       </property>
   3. 心跳是每3s一次心跳返回结果带有NameNode给该DataNode的命令，如果超过10min没有收到某个DataNode的心跳则认为该节点不可用

6.2 数据完整性

1. 当DataNode读取Block的时候，会计算CheckSum
2. 如果计算后的CheckSum与Block创建时值不一样说明Block以损坏
3. Client读取其他DataNode上的Block
4. 使用校检算法
5. DataNode在其文件创建后周期性的验证CheckSum

6.3 掉线时参数设置

1. DataNode进程死亡或网络故障造成DataNode无法与NameNode通信
2. NameNode不会立即把该节点判定为死亡，要经过一段时间，这段时间暂称为超时时长
3. HDFS默认的超时时长为10分钟加30秒
4. 如果定义超时时间为TimeOut则超时时长计算公式为：
    TimeOut=2*dfs.namenode.heartbeat.recheck-interval+10*dfs.heartbeat.interval
    默认的dfs.namenode.heartbeat.recheck-interval大小为5分钟，dfs.heartbeat.interval默认为3秒
 hdfs-site.xml配置文件中的dfs.namenode.heartbeat.recheck-interval单位为毫秒，dfs.heartbeat.interval的单位为秒   
 <property>
    <name>dfs.namenode.heartbeat.recheck-interval</name>
    <value>300000</value>
 </property>
 <property>
        <name>dfs.heartbeat.interval</name>
        <value>3</value>
 </property>

Hadoop之HDFS(一)

1. hdfs概述

1.1hdfs产生背景

1.2 hdfs定义

1.3 优缺点

1.4 组成架构

HDFS文件块大小

2. HDFS的Shell操作

2.1 基本语法

2.2 命令大全

2.2.1 上传

2.2.2 下载

2.2.3 直接操作

3. API操作

3.1 创建目录

3.2 文件上传

1.编写代码

2.将hdfs-site.xml拷贝到项目的resources资源目录下

3. 参数优先级

3.3 文件下载

3.4 文件更名和移动

3.5 删除文件和目录

3.6 文件详情查看

3.7 文件和文件夹判断

4. HDFS读写流程

4.1 写流程

4.2 读流程

5. NameNode和SecondaryNameNode

5.1 NameNode工作机制

5.2 Fsimage和Edits解析

oiv 查看Fsimage文件

oev 查看Edits文件

5.3 CheckPoint时间设置

6. DataNode

6.1 DataNode工作机制

6.2 数据完整性

6.3 掉线时参数设置