HDFS究竟是什么？HDFS是怎樣儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的？

　　HDFS,全稱Hadoop Distributed File System,意思是分布式文件系統(tǒng)。Hadoop分布式文件系統(tǒng)是指被設(shè)計(jì)成適合du運(yùn)行在通用硬件(commodity hardware)上的分zhi布式文件系統(tǒng)。

　　HDFS 源于 Google 在2003年10月份發(fā)表的GFS(Google File System)論文，接下來(lái)，我們從傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)入手，開(kāi)始學(xué)習(xí)分布式文件系統(tǒng)，以及分布式文件系統(tǒng)是如何演變而來(lái)。

　　傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理方式是將數(shù)據(jù)文件直接存儲(chǔ)在一臺(tái)服務(wù)器上，如圖1所示。

　　圖1 傳統(tǒng)文件系統(tǒng)

　　從圖1可以看出，傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)遇到兩個(gè)問(wèn)題，具體如下：

　　l 當(dāng)數(shù)據(jù)量越來(lái)越大時(shí)，會(huì)遇到存儲(chǔ)瓶頸，就需要擴(kuò)容;

　　l 由于文件過(guò)大，上傳和下載都非常耗時(shí);

　　為了解決傳統(tǒng)文件系統(tǒng)遇到的存儲(chǔ)瓶頸問(wèn)題，那么首先考慮的就是擴(kuò)容，擴(kuò)容有兩種形式，一種是縱向擴(kuò)容，即增加磁盤和內(nèi)存;另一種是橫向擴(kuò)容，即增加服務(wù)器數(shù)量。通過(guò)擴(kuò)大規(guī)模從而達(dá)到分布式存儲(chǔ)，這種存儲(chǔ)形式就是分布式文件存儲(chǔ)的雛形，如圖2所示。

　　圖2 分布式文件系統(tǒng)雛形

　　解決了分布式文件系統(tǒng)的存儲(chǔ)瓶頸問(wèn)題之后，那么還需要解決文件上傳與下載的效率問(wèn)題，常規(guī)的解決辦法是將一個(gè)大的文件切分成多個(gè)數(shù)據(jù)塊，將數(shù)據(jù)塊以并行的方式進(jìn)行存儲(chǔ)。這里以30G的文本文件為例，將其切分成3塊，每塊大小10G(實(shí)際上每個(gè)數(shù)據(jù)塊都很小只有100M左右)，將其存儲(chǔ)在文件系統(tǒng)中，如圖3所示。

　　圖3 分布式文件系統(tǒng)雛形

　　從圖3可以看出，原先一臺(tái)服務(wù)器要存儲(chǔ)30G的文件，此時(shí)每臺(tái)服務(wù)器只需要存儲(chǔ)10G的數(shù)據(jù)塊就完成了工作，從而解決了上傳下載的效率問(wèn)題。但是文件通過(guò)數(shù)據(jù)塊分別存儲(chǔ)在服務(wù)器集群中，那么如何獲取一個(gè)完整的文件呢?針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，就需要再考慮增加一臺(tái)服務(wù)器，專門用來(lái)記錄文件被切割后的數(shù)據(jù)塊信息以及數(shù)據(jù)塊的存儲(chǔ)位置信息，如圖4所示。

　　圖4 HDFS文件系統(tǒng)雛形

　　從圖4可以看出，文件存儲(chǔ)系統(tǒng)中增加了一臺(tái)服務(wù)器A用于管理其他服務(wù)器，服務(wù)器A記錄著文件被切分成多少個(gè)數(shù)據(jù)塊，這些數(shù)據(jù)塊分別存儲(chǔ)在哪臺(tái)服務(wù)器中，這樣當(dāng)客戶端訪問(wèn)服務(wù)器A請(qǐng)求下載數(shù)據(jù)文件時(shí)，就能夠通過(guò)類似查找目錄的方式查找數(shù)據(jù)了。

　　通過(guò)前面的操作，看似解決了所有問(wèn)題，但其實(shí)還有一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題需要處理，那就是當(dāng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊的服務(wù)器中突然有一臺(tái)機(jī)器宕機(jī)，我們就無(wú)法正常的獲取文件了，這個(gè)問(wèn)題被稱為單點(diǎn)故障。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以采用備份的機(jī)制進(jìn)行解決，如圖5所示。

　　圖5 HDFS文件系統(tǒng)

　　從圖5可以看出，每個(gè)服務(wù)器中都存儲(chǔ)兩個(gè)數(shù)據(jù)塊，進(jìn)行備份。服務(wù)器B存儲(chǔ)blk-001和blk-002，服務(wù)器C存儲(chǔ)blk-002和blk-003，服務(wù)器D存儲(chǔ)blk-001和blk-003。此時(shí)，當(dāng)服務(wù)器C突然宕機(jī)，我們也可以通過(guò)服務(wù)器B和服務(wù)器D查詢完整的數(shù)據(jù)塊供客戶端訪問(wèn)下載。此時(shí)就形成了簡(jiǎn)單的HDFS分布式文件系統(tǒng)。

　　這里的服務(wù)器A被稱為NameNode，它維護(hù)著文件系統(tǒng)內(nèi)所有文件和目錄的相關(guān)信息，服務(wù)器B、C、D被稱為DataNode，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊。