HDFS（Hadoop Distributed File System）是Hadoop專案的核心子專案，是分散式計算中資料儲存管理的基礎，是基於流資料模式訪問和處理超大檔案的需求而開發的，可以運行於廉價的商用伺服器上。

HDFS 具有以下優點：

1、高容錯性

資料自動儲存多個副本。它通過增加副本的形式，提高容錯性。 某一個副本丟失以後，它可以自動恢復，這是由 HDFS 內部機制實現的。 　 2、適合批處理

它是通過移動計算而不是移動資料。 它會把資料位置暴露給計算框架。 　 3、適合大資料處理

處理資料達到 GB、TB、甚至PB級別的資料。 能夠處理百萬規模以上的檔案數量，數量相當之大。 能夠處理10K節點的規模。

4、流式檔案訪問 一次寫入，多次讀取。檔案一旦寫入不能修改，只能追加。 它能保證資料的一致性。

5、可構建在廉價機器上 它通過多副本機制，提高可靠性。 它提供了容錯和恢復機制。比如某一個副本丟失，可以通過其它副本來恢復。 HDFS 的劣勢：

1、資料低延時資料訪問

它適合高吞吐率的場景，就是在某一時間內寫入大量的資料。但是它在低延時的情況下是不行的，比如毫秒級以內讀取資料，這樣它是很難做到的。

2、小檔案儲存 儲存大量小檔案(這裡的小檔案是指小於HDFS系統的Block大小的檔案（預設64M）)的話，它會佔用 NameNode大量的記憶體來儲存檔案、目錄和塊資訊。這樣是不可取的，因為NameNode的記憶體總是有限的。 小檔案儲存的尋道時間會超過讀取時間

3、併發寫入、檔案隨機修改 一個檔案只能有一個寫，不允許多個執行緒同時寫。 僅支援資料 append（追加），不支援檔案的隨機修改。

HDFS 採用Master/Slave的架構來儲存資料，這種架構主要由四個部分組成，分別為HDFS Client、NameNode、DataNode和Secondary NameNode。

1、Client：就是客戶端。

檔案切分。檔案上傳 HDFS 的時候，Client 將檔案切分成 一個一個的Block，然後進行儲存。

與 NameNode 互動，獲取檔案的位置信`息。 與 DataNode 互動，讀取或者寫入資料。

Client 提供一些命令來管理 HDFS，比如啟動或者關閉HDFS。 Client 可以通過一些命令來訪問 HDFS。

2、NameNode：就是 master，它是一個主管、管理者。

管理 HDFS 的名稱空間

管理資料塊（Block）對映資訊

配置副本策略 處理客戶端讀寫請求。

3、DataNode：就是Slave。NameNode 下達命令，DataNode 執行實際的操作。

儲存實際的資料塊。
執行資料塊的讀/寫操作。

4、Secondary NameNode：並非 NameNode 的熱備。當NameNode 掛掉的時候，它並不能馬上替換 NameNode 並提供服務。

輔助 NameNode，分擔其工作量。 定期合併 fsimage和fsedits，並推送給NameNode。 在緊急情況下，可輔助恢復 NameNode。

HDFS 讀取檔案 HDFS的檔案讀取原理，主要包括以下幾個步驟：

• 首先呼叫FileSystem物件的open方法，其實獲取的是一個DistributedFileSystem的例項。
• DistributedFileSystem通過RPC(遠端過程呼叫)獲得檔案的第一批block的locations，同一block按照重複數會返回多個locations，這些block的locations按照hadoop拓撲結構排序，距離客戶端近的排在前面。
• 前兩步會返回一個FSDataInputStream物件，該物件會被封裝成 DFSInputStream物件，DFSInputStream可以方便的管理datanode和namenode資料流。客戶端呼叫read方法，DFSInputStream就會找出離客戶端最近的datanode並連線datanode。
• 資料從datanode源源不斷的流向客戶端。
• 如果第一個block塊的資料讀完了，就會關閉指向第一個block塊的datanode連線，接著讀取下一個block塊。這些操作對客戶端來說是透明的，從客戶端的角度來看只是讀一個持續不斷的流。
• 如果第一批block都讀完了，DFSInputStream就會去namenode拿下一批blocks的location，然後繼續讀，如果所有的block塊都讀完，這時就會關閉掉所有的流。

HDFS 寫入檔案

HDFS的檔案寫入：

• 客戶端通過呼叫 DistributedFileSystem 的create方法，建立一個新的檔案。
• DistributedFileSystem 通過 RPC（遠端過程呼叫）呼叫 NameNode，去建立一個沒有blocks關聯的新檔案。建立前，NameNode 會做各種校驗，比如檔案是否存在，客戶端有無許可權去建立等。如果校驗通過，NameNode 就會記錄下新檔案，否則就會丟擲IO異常。
• 前兩步結束後會返回 FSDataOutputStream 的物件，和讀檔案的時候相似，FSDataOutputStream 被封裝成 DFSOutputStream，DFSOutputStream 可以協調 NameNode和 DataNode。客戶端開始寫資料到DFSOutputStream,DFSOutputStream會把資料切成一個個小packet，然後排成佇列 data queue。
• DataStreamer 會去處理接受 data queue，它先問詢 NameNode 這個新的 block 最適合儲存的在哪幾個DataNode裡，比如重複數是3，那麼就找到3個最適合的 DataNode，把它們（DataNode）排成一個 pipeline。DataStreamer 把 packet 按佇列輸出到管道的第一個 DataNode 中，第一個 DataNode又把 packet 輸出到第二個 DataNode 中，以此類推。
• DFSOutputStream 還有一個佇列叫 ack queue，也是由 packet 組成，等待DataNode的收到響應，當pipeline中的所有DataNode都表示已經收到的時候，這時akc queue才會把對應的packet包移除掉。
• 客戶端完成寫資料後，呼叫close方法關閉寫入流。 DataStreamer 把剩餘的包都刷到 pipeline 裡，然後等待 ack 資訊，收到最後一個 ack 後，通知 DataNode 把檔案標示為已完成。