HDFS简介
1.什么是hdfs
HDFS即Hadoop分布式文件系统（Hadoop Distributed Filesystem），以流式数据访问模式来存储超大文件，运行于商用硬件集群上，是管理网络中跨多台计算机存储的文件系统。
优点：
支持超大文件
支持超大文件。超大文件在这里指的是几百M，几百GB，甚至几TB大小的文件。一般来说hadoop的文件系统会存储TB级别或者PB级别的数据。所以在企业的应用中，数据节点有可能有上千个。
检测和快速应对硬件故障
在集群的环境中，硬件故障是常见的问题。因为有上千台服务器连接在一起，这样会导致高故障率。因此故障检测和自动恢复是hdfs文件系统的一个设计目标。
流式数据访问
Hdfs的数据处理规模比较大，应用一次需要访问大量的数据，同时这些应用一般都是批量处理，而不是用户交互式处理。应用程序能以流的形式访问数据集。主要的是数据的吞吐量，而不是访问速度。
简化的一致性模型
大部分hdfs操作文件时，需要一次写入，多次读取。在hdfs中，一个文件一旦经过创建、写入、关闭后，一般就不需要修改了。这样简单的一致性模型，有利于提高吞吐量。
缺点：
低延迟数据访问
低延迟数据。如和用户进行交互的应用，需要数据在毫秒或秒的范围内得到响应。由于hadoop针对高数据吞吐量做了优化，牺牲了获取数据的延迟，所以对于低延迟来说，不适合用hadoop来做。
大量的小文件
Hdfs支持超大的文件，是通过数据分布在数据节点，数据的元数据保存在名字节点上。名字节点的内存大小，决定了hdfs文件系统可保存的文件数量。虽然现在的系统内存都比较大，但大量的小文件还是会影响名字节点的性能。
多用户写入文件、修改文件
Hdfs的文件只能有一次写入，不支持写入，也不支持修改。只有这样数据的吞吐量才能大。
不支持超强的事务
没有像关系型数据库那样，对事务有强有力的支持。
2.HDFS 是做什么的
HDFS（Hadoop Distributed File System）是Hadoop项目的核心子项目，是分布式计算中数据存储管理的基础，是基于流数据模式访问和处理超大文件的需求而开发的，可以运行于廉价的商用服务器上。它所具有的高容错、高可靠性、高可扩展性、高获得性、高吞吐率等特征为海量数据提供了不怕故障的存储，为超大数据集（Large Data Set）的应用处理带来了很多便利。
3.HDFS 如何存储数据
HDFS的架构图
HDFS 采用Master/Slave的架构来存储数据，这种架构主要由四个部分组成，分别为HDFS Client、NameNode、DataNode和Secondary NameNode。下面我们分别介绍这四个组成部分
1、Client：就是客户端。
- 文件切分。文件上传 HDFS 的时候，Client 将文件切分成 一个一个的Block，然后进行存储。
- 与 NameNode 交互，获取文件的位置信息。
- 与 DataNode 交互，读取或者写入数据。
- Client 提供一些命令来管理 HDFS，比如启动或者关闭HDFS。
- Client 可以通过一些命令来访问 HDFS。
2、NameNode：就是 master，它是一个主管、管理者。
- 管理 HDFS 的名称空间
- 管理数据块（Block）映射信息
- 配置副本策略
- 处理客户端读写请求。
3、DataNode：就是Slave。NameNode 下达命令，DataNode 执行实际的操作。
- 存储实际的数据块。
- 执行数据块的读/写操作。
4、Secondary NameNode：并非 NameNode 的热备。当NameNode 挂掉的时候，它并不能马上替换 NameNode 并提供服务。
- 辅助 NameNode，分担其工作量。
- 定期合并 fsimage和fsedits，并推送给NameNode。
- 在紧急情况下，可辅助恢复 NameNode。
4.HDFS 如何读取文件
HDFS的文件读取原理，主要包括以下几个步骤：
- 首先调用FileSystem对象的open方法，其实获取的是一个DistributedFileSystem的实例。
- DistributedFileSystem通过RPC(远程过程调用)获得文件的第一批block的locations，同一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。
- 前两步会返回一个FSDataInputStream对象，该对象会被封装成 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就会找出离客户端最近的datanode并连接datanode。
- 数据从datanode源源不断的流向客户端。
- 如果第一个block块的数据读完了，就会关闭指向第一个block块的datanode连接，接着读取下一个block块。这些操作对客户端来说是透明的，从客户端的角度来看只是读一个持续不断的流。
- 如果第一批block都读完了，DFSInputStream就会去namenode拿下一批blocks的location，然后继续读，如果所有的block块都读完，这时就会关闭掉所有的流。
5.HDFS 如何写入文件
HDFS的文件写入原理，主要包括以下几个步骤：
- 客户端通过调用 DistributedFileSystem 的create方法，创建一个新的文件。
- DistributedFileSystem 通过 RPC（远程过程调用）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。
- 前两步结束后会返回 FSDataOutputStream 的对象，和读文件的时候相似，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packet，然后排成队列 data queue。
- DataStreamer 会去处理接受 data queue，它先问询 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，把它们排成一个 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。
- DFSOutputStream 还有一个队列叫 ack queue，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akc queue才会把对应的packet包移除掉。
- 客户端完成写数据后，调用close方法关闭写入流。
- DataStreamer 把剩余的包都刷到 pipeline 里，然后等待 ack 信息，收到最后一个 ack 后，通知 DataNode 把文件标示为已完成。
6.命令行接口
文件系统的基本操作：hadoop fs -help可以获取所有的命令及其解释
常用的有：
- hadoop fs -ls / 列出hdfs文件系统根目录下的目录和文件
- hadoop fs -copyFromLocal <local path> <hdfs path> 从本地文件系统将一个文件复制到HDFS
- hadoop fs -rm -r <hdfs dir or file> 删除文件或文件夹及文件夹下的文件
- hadoop fs -mkdir <hdfs dir>在hdfs中新建文件夹
HDFS的文件访问权限：只读权限（r），写入权限（w），可执行权限（x）
