一、HDFS 工作机制

HDFS的数据流

1.HDFS写数据流程

①剖析文件写入

1）客户端向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）
官网给的源码图分析

1. 客户端通过调用DistributedFileSystem的create方法创建新文件。

2. DistributedFileSystem通过RPC调用namenode去创建一个没有blocks关联的新文件，创建前， namenode会做各种校验，比如文件是否存在，客户端有无权限去创建等。如果校验通过， namenode就会记录下新文件，否则就会抛出IO异常。

3. 前两步结束后，会返回FSDataOutputStream的对象，与读文件的时候相似， FSDataOutputStream被封装成DFSOutputStream。DFSOutputStream可以协调namenode和 datanode。客户端开始写数据到DFSOutputStream，DFSOutputStream会把数据切成一个个小的packet，然后排成队 列data quene（数据队列）。

4. DataStreamer会去处理接受data quene，它先询问namenode这个新的block最适合存储的在哪几个datanode里（比如重复数是3，那么就找到3个最适合的 datanode），把他们排成一个pipeline。DataStreamer把packet按队列输出到管道的第一个datanode中，第一个 datanode又把packet输出到第二个datanode中，以此类推。

5. DFSOutputStream还有一个对列叫ack quene，也是由packet组成，等待datanode的收到响应，当pipeline中的所有datanode都表示已经收到的时候，这时ack quene才会把对应的packet包移除掉。

如果在写的过程中某个datanode发生错误，会采取以下几步：

1. pipeline被关闭掉；

2. 为了防止防止丢包ack quene里的packet会同步到data quene里；

3. 把产生错误的datanode上当前在写但未完成的block删掉；

4. block剩下的部分被写到剩下的两个正常的datanode中；

5. namenode找到另外的datanode去创建这个块的复制。当然，这些操作对客户端来说是无感知的。

1. 客户端完成写数据后调用close方法关闭写入流。

2. DataStreamer把剩余得包都刷到pipeline里，然后等待ack信息，收到最后一个ack后，通知datanode把文件标视为已完成。

注意：客户端执行write操作后，写完的block才是可见的(注:和下面的一致性所对应)，正在写的block对客户端是不可见的，只有 调用sync方法，客户端才确保该文件的写操作已经全部完成，当客户端调用close方法时，会默认调用sync方法。是否需要手动调用取决你根据程序需 要在数据健壮性和吞吐率之间的权衡

问题来了?
上面的步骤中，namenode会返回给客户一个datanode队列，让客户端请求datanode服务器写数据，namenode咋知道到哪个优先给客户端呢，所以这里涉及到几个名词，看下面的网络拓扑计算规则，和机架感知原理吧，通过这些，才能比较优的写数据.

②网络拓扑概念

在本地网络中，两个节点被称为“彼此近邻”是什么意思？在海量数据处理中，其主要限制因素是节点之间数据的传输速率——带宽很稀缺。这里的想法是将两个节点间的带宽作为距离的衡量标准。
节点距离：两个节点到达最近的共同祖先的距离总和。
例如，假设有数据中心d1机架r1中的节点n1。该节点可以表示为/d1/r1/n1。利用这种标记，这里给出四种距离描述。
Distance(/d1/r1/n1, /d1/r1/n1)=0（同一节点上的进程）
Distance(/d1/r1/n1, /d1/r1/n2)=2（同一机架上的不同节点）
Distance(/d1/r1/n1, /d1/r3/n2)=4（同一数据中心不同机架上的节点）
Distance(/d1/r1/n1, /d2/r4/n2)=6（不同数据中心的节点）

大家算一算每两个节点之间的距离。

③机架感知（副本节点选择）

1）官方ip地址：
http://hadoop.apache.org/docs/r2.7.2/hadoop-project-dist/hadoop-common/RackAwareness.html
http://hadoop.apache.org/docs/r2.7.2/hadoop-project-dist/hadoop-hdfs/HdfsDesign.html#Data_Replication
2）低版本Hadoop副本节点选择
第一个副本在client所处的节点上。如果客户端在集群外，随机选一个。
第二个副本和第一个副本位于不相同机架的随机节点上。
第三个副本和第二个副本位于相同机架，节点随机。

3）高副本节点选择
第一个副本在client所处的节点上。如果客户端在集群外，随机选一个。
第二个副本和第一个副本位于相同机架，随机节点。
第三个副本位于不同机架，随机节点。

、2.HDFS读数据流程

1）客户端向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放入流，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。

1. 首先调用FileSystem对象的open方法，其实是一个DistributedFileSystem的实例。

2. DistributedFileSystem通过rpc获得文件的第一批block的locations，同一个block按照重复数会返回多个locations，这些locations按照hadoop拓扑结构排序，距离客户端近的排在前面。

3. 前两步会返回一个FSDataInputStream对象，该对象会被封装DFSInputStream对象，DFSInputStream可 以方便的管理datanode和namenode数据流。客户端调用read方法，DFSInputStream最会找出离客户端最近的datanode 并连接。

4. 数据从datanode源源不断的流向客户端。

5. 如果第一块的数据读完了，就会关闭指向第一块的datanode连接，接着读取下一块。这些操作对客户端来说是透明的，客户端的角度看来只是读一个持续不断的流。

6. 如果第一批block都读完了， DFSInputStream就会去namenode拿下一批block的locations，然后继续读，如果所有的块都读完，这时就会关闭掉所有的流。

7. 如果在读数据的时候， DFSInputStream和datanode的通讯发生异常，就会尝试正在读的block的排序第二近的datanode,并且会记录哪个 datanode发生错误，剩余的blocks读的时候就会直接跳过该datanode。 DFSInputStream也会检查block数据校验和，如果发现一个坏的block,就会先报告到namenode节点，然后 DFSInputStream在其他的datanode上读该block的镜像。

8. 该设计就是客户端直接连接datanode来检索数据并且namenode来负责为每一个block提供最优的datanode， namenode仅仅处理block location的请求，这些信息都加载在namenode的内存中，hdfs通过datanode集群可以承受大量客户端的并发访问。

9. 3.一致性模型

这是个什么鬼，其实这个类似io的flush，写入数据时，如果希望数据被其他client立即可见，调用如下方法
FSDataOutputStream. hflush (); //清理客户端缓冲区数据，被其他client立即可见
代码如下:

@Test
 public void writeFile() throws Exception{
  // 1 创建配置信息对象
  Configuration configuration = new Configuration();
  fs = FileSystem.get(configuration);
  
  // 2 创建文件输出流
  Path path = new Path("F:\\output\\word.txt");
  FSDataOutputStream fos = fs.create(path);
  
  // 3 写数据
  fos.write("hello Andy".getBytes());
        // 4 关键代码:一致性刷新
  fos.hflush();  
  fos.close();
 }

参考链接：https://so.csdn.net/so/search/s.do?q=hdfs的归档机制&t=&u=