Hadoop分布式文件系統(HDFS)被設計成適合運行在通用硬件(commodity hardware)上的分布式文件系統。HDFS是一個高度容錯性的系統，適合部署在廉價的機器上。HDFS能提供高吞吐量的數據訪問，非常適合大規模數據集上的應用。

前提和設計目標

硬件錯誤

硬件錯誤是常態而不是異常。HDFS可能由成百上千的服務器所構成，每個服務器上存儲著文件系統的部分數據。我們面對的現實是構成系統的組件數目是巨大的，而且任一組件都有可能失效，這意味著總是有一部分HDFS的組件是不工作的。因此錯誤檢測和快速、自動的恢復是HDFS最核心的架構目標。

流式數據訪問

運行在HDFS上的應用和普通的應用不同，需要流式訪問它們的數據集。HDFS的設計中更多的考慮到了數據批處理，而不是用戶交互處理。比之數據訪問的低延遲問題，更關鍵的在於數據訪問的高吞吐量。POSIX標準設置的很多硬性約束對HDFS應用系統不是必需的。為了提高數據的吞吐量，在一些關鍵方面對POSIX的語義做了一些修改。

大規模數據集

運行在HDFS上的應用具有很大的數據集。HDFS上的一個典型文件大小一般都在G字節至T字節。因此，HDFS被調節以支持大文件存儲。它應該能提供整體上高的數據傳輸帶寬，能在一個集群裏擴展到數百個節點。一個單一的HDFS實例應該能支撐數以千萬計的文件。

簡單的一致性模型

HDFS應用需要一個“一次寫入多次讀取”的文件訪問模型。一個文件經過創建、寫入和關閉之後就不需要改變。這一假設簡化了數據一致性問題，並且使高吞吐量的數據訪問成為可能。Map/Reduce應用或者網絡爬蟲應用都非常適合這個模型。目前還有計劃在將來擴充這個模型，使之支持文件的附加寫操作。

“移動計算比移動數據更劃算”

一個應用請求的計算，離它操作的數據越近就越高效，在數據達到海量級別的時候更是如此。因為這樣就能降低網絡阻塞的影響，提高系統數據的吞吐量。將計算移動到數據附近，比之將數據移動到應用所在顯然更好。HDFS為應用提供了將它們自己移動到數據附近的接口。

異構軟硬件平臺間的可移植性

HDFS在設計的時候就考慮到平臺的可移植性。這種特性方便了HDFS作為大規模數據應用平臺的推廣。

Namenode 和 Datanode

HDFS采用master/slave架構。一個HDFS集群是由一個Namenode和一定數目的Datanodes組成。Namenode是一個中心服務器，負責管理文件系統的名字空間(namespace)以及客戶端對文件的訪問。集群中的Datanode一般是一個節點一個，負責管理它所在節點上的存儲。HDFS暴露了文件系統的名字空間，用戶能夠以文件的形式在上面存儲數據。從內部看，一個文件其實被分成一個或多個數據塊，這些塊存儲在一組Datanode上。Namenode執行文件系統的名字空間操作，比如打開、關閉、重命名文件或目錄。它也負責確定數據塊到具體Datanode節點的映射。Datanode負責處理文件系統客戶端的讀寫請求。在Namenode的統一調度下進行數據塊的創建、刪除和復制。

體系結構：

NameNode：管理文件系統的命名空間；記錄每個文件數據塊在各個DataNode上的位置和副本信息；處理客戶端請求；配置副本策略；

DataNode：負責所在物理節點的存儲管理；一次寫入，多次讀取；數據盡量分散到各個節點；文件由數據庫組成，一般情況下，數據塊的大小為64MB；

SecondaryNameNode：是NameNode的冷備份；合並fsimage和fsedits然後再發給NameNode；

simage:元數據鏡像文件（文件系統的目錄樹），存儲某一時段NameNode內存 元數據信息。

edits：元數據的操作日誌（針對文件系統做的修改操作記錄）

fstime: 保存最近一次checkpoint的時間

文件系統的名字空間 (namespace)

HDFS支持傳統的層次型文件組織結構。用戶或者應用程序可以創建目錄，然後將文件保存在這些目錄裏。文件系統名字空間的層次結構和大多數現有的文件系統類似：用戶可以創建、刪除、移動或重命名文件。當前，HDFS不支持用戶磁盤配額和訪問權限控制，也不支持硬鏈接和軟鏈接。但是HDFS架構並不妨礙實現這些特性。

Namenode負責維護文件系統的名字空間，任何對文件系統名字空間或屬性的修改都將被Namenode記錄下來。應用程序可以設置HDFS保存的文件的副本數目。文件副本的數目稱為文件的副本系數，這個信息也是由Namenode保存的。

數據復制

HDFS被設計成能夠在一個大集群中跨機器可靠地存儲超大文件。它將每個文件存儲成一系列的數據塊，除了最後一個，所有的數據塊都是同樣大小的。為了容錯，文件的所有數據塊都會有副本。每個文件的數據塊大小和副本系數都是可配置的。應用程序可以指定某個文件的副本數目。副本系數可以在文件創建的時候指定，也可以在之後改變。HDFS中的文件都是一次性寫入的，並且嚴格要求在任何時候只能有一個寫入者。

Namenode全權管理數據塊的復制，它周期性地從集群中的每個Datanode接收心跳信號和塊狀態報告(Blockreport)。接收到心跳信號意味著該Datanode節點工作正常。塊狀態報告包含了一個該Datanode上所有數據塊的列表。

Hadoop學習筆記---HDFS