【原创】HDFS介绍

一、            HDFS简介

1、    HDFS全称

Hadoop Distributed FileSystem，Hadoop分布式文件系统。

Hadoop有一个抽象文件系统的概念，Hadoop提供了一个抽象类org.apache.hadoop.fs.FilesSystem，HDFS是这个抽象类的一个实现。其他还有：

文件系统	URI方案	Java实现（org.apache.hadoop）
Local	file	fs.LocalFileSystem
HDFS	hdfs	hdfs.DistrbutedFilesSystem
HFTP	hftp	hdfs.HftpFilesSystem
HSFTP	hsftp	hdfs.HsftpFilesSystem
HAR	har	fs.HarFileSystem
KFS	kfs	fs.kfs.KosmosFilesSystem
FTP	ftp	Fs.ftp.FtpFileSystem

2、    HDFS特点：

(1)     超大文件数据集群

(2)     流式数据访问方式读取文件

(3)     对硬件要求并不是特别高，有很好的容错机制。

(4)     数据访问有一定的延迟，这是因为HDFS优化的是数据吞吐量，是要以提高延迟为代价的。

(5)     HDFS无法高效存储大量小文件。因为NameNode限制了文件个数。

(6)     HDFS不支持多个写入者，也不支持随机写。

二、            HDFS体系结构

3、    体系结构图

4、    体系结构介绍

(1)     HDFS由Client、NameNode、DataNode、SecondaryNameNode组成。

(2)     Client提供了文件系统的调用接口。

(3)     NameNode由fsimage(HDFS元数据镜像文件)和editlog(HDFS文件改动日志)组成，NameNode在内存中保存着每个文件和数据块的引用关系。NameNode中的引用关系不存在硬盘中，每次都是HDFS启动时重新构造出来的。

(4)     SecondaryNameNode的任务有两个：

l  定期合并fsimage和editlog，并传输给NameNode。

l  为NameNode提供热备份。

(5)     一般是一个机器上安装一个DataNode，一个DataNode上又分为很多很多数据块（block）。数据块是HDFS中最小的寻址单位，一般一个块的大小为64M，不像单机的文件系统，少于一个块大小的文件不会占用一整块的空间。

(6)     设置块比较大的原因是减少寻址开销，但是块设置的也不能过大，因为一个Map任务处理一个块的数据，如果块设置的太大，Map任务处理的数据量就会过大，会导致效率并不高。

(7)     DataNode会通过心跳定时向NameNode发送所存储的文件块信息。

(8)     HDFS的副本存放规则

默认的副本系数是3，一个副本存在本地机架的本机器上，第二个副本存储在本地机架的其他机器上，第三个副本存在其他机架的一个节点上。

这样减少了写操作的网络数据传输，提高了写操作的效率；另一方面，机架的错误率远比节点的错误率低，所以不影响数据的可靠性。

三、HDFS读写过程

1、    数据读取流程图

2、    读取过程说明

(1)     HDFS客户端调用DistributedFileSystem类的open()方法，通过RPC协议请求NameNode来确定说请求的文件所在位置，找出最近的DataNode节点的地址。

(2)     DistributedFileSystem会返回一个FSDataInputStream输入流对象给客户端。

(3)     客户端会在FSDatatInputStream上调用read()函数，按照每个DataNode的距离从近到远依次读取。

(4)     读取完每个DataNode后，在FSDataInputStream上调用close()函数。

(5)     如果读取出现故障，就会读取数据块的副本，同时向NameNode报告这个消息。

3、    文件的写入流程图

4、    写入流程说明

(1)     客户端调用DistributedFileSystem对象的create()方法，通过RPC协议调用NameNode，在命名空间创建一个新文件，此时还没有关联的DataNode与之关联。

(2)     create()方法会返回一个FSDataOutputStream对象给客户端用来写入数据。

(3)     写入数据前，会将文件分割成包，放入一个“数据队列”中。

(4)     NameNode为文件包分配合适的DateNode存放副本，返回一个DataNode的管道。

(5)     根据管道依次保存文件包在各个DataNode上。

(6)     各个DataNode保存好文件包后，会返回确认信息，确认消息保存在确认队列里，当管道中所有的DataNode都返回成功的的确认信息后，就会从确认队列里删除。

(7)     管道中所有的DataNode都保存完成后，调用FileSystem对象的close()关闭数据流。

四、Hadoop的页面接口

1、    界面地址

可以通过http://NameNodeIP:50070访问HDFS的Web界面了。

五、HDFS的Java API

1、    使用URL读取数据

 //用URL接口读取HDFS中文件
 static  {
     URL.setURLStreamHandlerFactory(new FsUrlStreamHandlerFactory() );
 }
 public  String  GetHDFSByURL(String url) throws MalformedURLException,IOException
 {
     String str="";
     InputStream in =null;
     OutputStream out=null;
     try {
         in=new URL(url).openStream();
         //IOUtils.copyBytes(in,out,4096,false);
         str=out.toString();
     }
     finally {
         IOUtils.closeStream(in);
         IOUtils.closeStream(out);
     }
     return  str;
 }

2、    FileSystem API读取数据

//ReadFile
//url:"/user/hadoop/data/write.txt"
public  String  ReadFile(String url)throws IOException
{
    String fileContent="";
    Configuration conf = new Configuration();
    FileSystem fs = FileSystem.get(conf);
    Path path = new Path(url);

    if(fs.exists(path)){
        FSDataInputStream is = fs.open(path);
        FileStatus status = fs.getFileStatus(path);
        byte[] buffer = new byte[Integer.parseInt(String.valueOf(status.getLen()))];
        is.readFully(0, buffer);
        is.close();
        fs.close();
        fileContent=buffer.toString();
    }
    return fileContent;
}

　　

3、    FileSystem API创建目录

//创建HDFS目录
//dirpath： "/user/hadoop/data/20130709"
public  void  MakeDir(String dirpath) throws IOException {
    Configuration conf = new Configuration();
    FileSystem fs = FileSystem.get(conf);
    Path path = new Path(dirpath);
    fs.create(path);
    fs.close();
}

　　

4、    FileSystem API写数据

//HDFS写文件
//fileurl:"/user/hadoop/data/write.txt"
public  void  WriteFile(String fileurl,String fileContent)throws IOException
{
    Configuration conf = new Configuration();
    FileSystem fs = FileSystem.get(conf);
    Path path = new Path(fileurl);
    FSDataOutputStream out = fs.create(path);
    out.writeUTF(fileContent);
    fs.close();
}

　　

5、    FileSystem API删除文件

//删除文件
//fileurl :"/user/hadoop/data/word.txt"
public void  DeleteFile(String fileurl)throws IOException
{
    Configuration conf = new Configuration();
    FileSystem fs = FileSystem.get(conf);

    Path path = new Path(fileurl);
    fs.delete(path,true);
    fs.close();
}

　　

6、    查询元数据

//查询文件的元数据
public  void  ShowFileStatus(String fileUrl) throws  IOException
{
    Configuration conf = new Configuration();
    FileSystem fs = FileSystem.get(conf);
    Path file=new Path(fileUrl);
    FileStatus stat=fs.getFileStatus(file);

    System.out.println("文件路径："+stat.getPath());
    System.out.println("是否是目录："+stat.isDirectory());
    System.out.println("是否是文件："+stat.isFile());
    System.out.println("块的大小："+stat.getBlockSize());
    System.out.println("文件所有者："+stat.getOwner()+":"+stat.getGroup());
    System.out.println("文件权限："+stat.getPermission());
    System.out.println("文件长度："+stat.getLen());
    System.out.println("备份数："+stat.getReplication());
    System.out.println("修改时间："+stat.getModificationTime());
}