HDFS基本原理
a、 NameNode是HDFS的核心。
b、 NameNode也稱為Master。
c、 NameNode僅存儲HDFS的元數據：文件系統中所有文件的目錄樹，並跟蹤整個集群中的文件。
d、 NameNode不存儲實際數據或數據集。數據本身實際存儲在DataNodes中。
e、 NameNode知道HDFS中任何給定文件的塊列表及其位置。使用此信息NameNode知道如何從塊中構建文件。
f、 NameNode並不持久化存儲每個文件中各個塊所在的DataNode的位置信息，這些信息會在系統啟動時從數據節點重建。
g、 NameNode對於HDFS至關重要，當NameNode關閉時，HDFS / Hadoop集群無法訪問。
i、 NameNode所在機器通常會配置有大量內存（RAM）。
2． DataNode概述
a、 DataNode負責將實際數據存儲在HDFS中。
b、 DataNode也稱為Slave。
c、 NameNode和DataNode會保持不斷通信。
d、 DataNode啟動時，它將自己發布到NameNode並匯報自己負責持有的塊列表。
e、 當某個DataNode關閉時，它不會影響數據或群集的可用性。NameNode將安排由其他DataNode管理的塊進行副本復制。
f、 DataNode所在機器通常配置有大量的硬盤空間。因為實際數據存儲在DataNode中。
h、 block匯報時間間隔取參數dfs.blockreport.intervalMsec,參數未配置的話默認為6小時.
3． HDFS的工作機制
NameNode負責管理整個文件系統元數據；DataNode負責管理具體文件數據塊存儲；Secondary NameNode協助NameNode進行元數據的備份。
HDFS的內部工作機制對客戶端保持透明，客戶端請求訪問HDFS都是通過向NameNode申請來進行。
3.1． HDFS寫數據流程
詳細步驟解析：
1、 client發起文件上傳請求，通過RPC與NameNode建立通訊，NameNode檢查目標文件是否已存在，父目錄是否存在，返回是否可以上傳；
2、 client請求第一個 block該傳輸到哪些DataNode服務器上；
3、 NameNode根據配置文件中指定的備份數量及機架感知原理進行文件分配，返回可用的DataNode的地址如：A，B，C；
註：Hadoop在設計時考慮到數據的安全與高效，數據文件默認在HDFS上存放三份，存儲策略為本地一份，同機架內其它某一節點上一份，不同機架的某一節點上一份。
4、 client請求3臺DataNode中的一臺A上傳數據（本質上是一個RPC調用，建立pipeline），A收到請求會繼續調用B，然後B調用C，將整個pipeline建立完成，後逐級返回client；
5、 client開始往A上傳第一個block（先從磁盤讀取數據放到一個本地內存緩存），以packet為單位（默認64K），A收到一個packet就會傳給B，B傳給C；A每傳一個packet會放入一個應答隊列等待應答。
6、 數據被分割成一個個packet數據包在pipeline上依次傳輸，在pipeline反方向上，逐個發送ack（命令正確應答），最終由pipeline中第一個DataNode節點A將pipeline ack發送給client;
7、 當一個block傳輸完成之後，client再次請求NameNode上傳第二個block到服務器。
3.2． HDFS讀數據流程
詳細步驟解析：
1、 Client向NameNode發起RPC請求，來確定請求文件block所在的位置；
2、 NameNode會視情況返回文件的部分或者全部block列表，對於每個block，NameNode都會返回含有該block副本的DataNode地址；
3、 這些返回的DN地址，會按照集群拓撲結構得出DataNode與客戶端的距離，然後進行排序，排序兩個規則：網絡拓撲結構中距離Client近的排靠前；心跳機制中超時匯報的DN狀態為STALE，這樣的排靠後；
4、 Client選取排序靠前的DataNode來讀取block，如果客戶端本身就是DataNode,那麽將從本地直接獲取數據；
5、 底層上本質是建立Socket Stream（FSDataInputStream），重復的調用父類DataInputStream的read方法，直到這個塊上的數據讀取完畢；
6、 當讀完列表的block後，若文件讀取還沒有結束，客戶端會繼續向NameNode獲取下一批的block列表；
7、 讀取完一個block都會進行checksum驗證，如果讀取DataNode時出現錯誤，客戶端會通知NameNode，然後再從下一個擁有該block副本的DataNode繼續讀。
8、 read方法是並行的讀取block信息，不是一塊一塊的讀取；NameNode只是返回Client請求包含塊的DataNode地址，並不是返回請求塊的數據；
9、 最終讀取來所有的block會合並成一個完整的最終文件。
HDFS基本原理