1 什么是分布式文件系统

因为当下的数据量越来越大，在一个操作系统管辖的范围存不下了，那么就分配到更多的操作系统管理的磁盘中，但是不方便管理和维护，因此迫切需要一种系统来管理多台机器上的文件，这就是分布式文件管理系统 。

2 分布式文件系统的特性

• 是一种允许文件通过网络在多台主机上分享的文件系统，可让多机器上的多用户分享文件和存储空间。
• 通透性。让实际上是通过网络来访问文件的动作，由程序与用户看来，就像是访问本地的磁盘一般。
• 容错。即使系统中有某些节点脱机，整体来说系统仍然可以持续运作而不会有数据损失。

3 常见分布式文件系统

常见的分布式文件系统有，GFS、HDFS、Lustre 、Ceph 、GridFS 、mogileFS、TFS、FastDFS等。各自适用于不同的领域。它们都不是系统级的分布式文件系统，而是应用级的分布式文件存 储服务。详情参考常见的分布式文件系统介绍

4 HDFS

HDFS只是分布式文件系统中的一种。适用于一次写入多次查询的情况，不支持并发写情况，小文件不合适。不支持的原因：
1、小文件过多，会过多占用namenode的内存，并浪费block。

• 文件的元数据（包括文件被分成了哪些blocks，每个block存储在哪些服务器的哪个block块上），都是存储在namenode上的。
  HDFS的每个文件、目录、数据块占用150B，因此300M内存情况下，只能存储不超过300M/150=2M个文件/目录/数据块的元数据
• dataNode会向NameNode发送两种类型的报告：增量报告和全量报告。
  增量报告是当dataNode接收到block或者删除block时，会向nameNode报告。
  全量报告是周期性的，NN处理100万的block报告需要1s左右，这1s左右NN会被锁住，其它的请求会被阻塞。

2、文件过小，寻道时间大于数据读写时间，这不符合HDFS的设计:
HDFS为了使数据的传输速度和硬盘的传输速度接近，则设计将寻道时间（Seek）相对最小化，将block的大小设置的比较大，这样读写数据块的时间将远大于寻道时间，接近于硬盘的传输速度。

4.1 Shell

调用文件系统(FS)Shell命令应使用 bin/hdfs dfs 的形式。
所有的FS shell命令使用URI路径作为参数。URI格式是scheme://authority/path。HDFS的scheme是hdfs，对本地文件系统，scheme是file。其中scheme和authority参数都是可选的，如果未加指定，就会使用配置中指定的默认scheme。也就是配置文件core-site.xml中的fs.defaultFS配置项的值。
大多数FS Shell命令的行为和对应的Unix Shell命令类似

4.2 fs命令

这是2.9.1的所有命令，大部分加上了注解，也可以参考官方网站

        [-appendToFile <localsrc> ... <dst>] 给目标文件追加一个或多个本地文件的内容
        [-cat [-ignoreCrc] <src> ...] 查看目标文件
        [-checksum <src> ...] 返回文件的校验信息，文件读取时使用
        [-chgrp [-R] GROUP PATH...] 修改文件所属组
        [-chmod [-R] <MODE[,MODE]... | OCTALMODE> PATH...] 修改文件权限
        [-chown [-R] [OWNER][:[GROUP]] PATH...] 修改文件的所有者
        [-copyFromLocal [-f] [-p] [-l] [-d] <localsrc> ... <dst>] 上传文件，同put
        [-copyToLocal [-f] [-p] [-ignoreCrc] [-crc] <src> ... <localdst>] 下载文件，同get
        [-count [-q] [-h] [-v] [-t [<storage type>]] [-u] [-x] <path> ...] 
        [-cp [-f] [-p | -p[topax]] [-d] <src> ... <dst>] 复制
        [-createSnapshot <snapshotDir> [<snapshotName>]] 创建快照
        [-deleteSnapshot <snapshotDir> <snapshotName>] 删除快照
        [-df [-h] [<path> ...]] 显示存储情况
        [-du [-s] [-h] [-x] <path> ...] 显示文件或者目录大小
        [-expunge] 
        [-find <path> ... <expression> ...] 查找文件
        [-get [-f] [-p] [-ignoreCrc] [-crc] <src> ... <localdst>] 下载
        [-getfacl [-R] <path>] 查询文件或者目录的访问和控制权限
        [-getfattr [-R] {-n name | -d} [-e en] <path>] 查询文件或者目录的扩展属性名和值
        [-getmerge [-nl] [-skip-empty-file] <src> <localdst>] 合并文件内容并输出
        [-help [cmd ...]]
        [-ls [-C] [-d] [-h] [-q] [-R] [-t] [-S] [-r] [-u] [<path> ...]] 查询目录
        [-mkdir [-p] <path> ...] 创建文件夹
        [-moveFromLocal <localsrc> ... <dst>] 本地文件剪切到hdfs目录
        [-moveToLocal <src> <localdst>] hdfs文件剪切到本地
        [-mv <src> ... <dst>] 移动文件
        [-put [-f] [-p] [-l] [-d] <localsrc> ... <dst>] 上传文件
        [-renameSnapshot <snapshotDir> <oldName> <newName>] 重命名快照
        [-rm [-f] [-r|-R] [-skipTrash] [-safely] <src> ...] 删除文件
        [-rmdir [--ignore-fail-on-non-empty] <dir> ...] 删除文件夹
        [-setfacl [-R] [{-b|-k} {-m|-x <acl_spec>} <path>]|[--set <acl_spec> <path>]] 设置文件或目录的访问和控制权限
        [-setfattr {-n name [-v value] | -x name} <path>] 设置文件的扩展属性，如
        hdfs dfs -getfattr -n user.attr /a.txt，但是呢自测的时候，属性名必须是user.xx，其他的不行
        [-setrep [-R] [-w] <rep> <path> ...] 设置文件的备份数
        [-stat [format] <path> ...] 以特殊的格式查看文件的统计信息，如%u是所有者，%o是大小，hdfs dfs -stat "type:%F perm:%a" /a.txt
        [-tail [-f] <file>] 显示文件尾部
        [-test -[defsz] <path>] 测试命令，但是自测时未返回正确信息
        [-text [-ignoreCrc] <src> ...] 查看文件内容
        [-touchz <path> ...] 创建一个新文件
        [-truncate [-w] <length> <path> ...] 删除所有匹配的文件
        [-usage [cmd ...]] 和help一样

4.3 体系结构

1.NameNode
2.DataNode
3.Secondary NameNode

4.3.1 NameNode

NameNode是整个文件系统的管理节点。它维护着整个文件系统的文件目录树，文件/目录的元信息和每个文件对应的数据块列表。接收用户的操作请求。

NameNode的结构图
NameNode的文件存储在hdfs-site.xml文件的dfs.namenode.name.dir属性配置的值下，如果没有设置，那么默认是file://${hadoop.tmp.dir}/dfs/name。这些文件都是保存在linux的文件系统下的。
这里的文件包括
1.fsimage：元数据镜像文件。存储某一时段NameNode内存元数据信息。
2.edits：操作日志文件。
3.fstime：保存最近一次checkpoint的时间这个应该是早期的版本有这个文件，但是2.9.1里没有

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工作特点

• NameNode工作时，始终在内存中保存metedata，用于处理“读请求”。
  metedata的数据是NameNode(FileName, replicas, block-ids,id2host...)这种形式的，如/test/a.log, 3 ,{blk_1,blk_2}, [{blk_1:[h0,h1,h3]},{blk_2:[h0,h2,h4]}]就标识，文件/test/a.log被分为两块进行存储，每个块都要备份存储3次。同时blk_1存储在h0/h1/h3服务器上，blk_2存储在h0/h2/h4服务骑上。
• 客户端发起“写请求”时，namenode会首先写editlog到磁盘，即向edits文件中写日志，同时会将文件写入hdfs系统，成功返回后，才会修改内存，并且向客户端返回
• Hadoop会维护一个fsimage文件，也就是namenode中metedata的镜像，但是fsimage不会随时与namenode内存中的metedata保持一致，而是每隔一段时间通过合并edits文件来更新内容。Secondary namenode就是用来合并fsimage和edits文件来更新NameNode的metedata的。

4.3.2 DataNode

DataNode提供真实文件数据的存储服务,最基本的存储单位是文件块(block)。
对于文件内容而言，一个文件的长度大小是size，那么从文件的０偏移开始，按照固定的大小，顺序对文件进行划分并编号，划分好的每一个块称一个Block。HDFS默认Block大小是128MB，以一个256MB文件，共有256/128=2个Block。
但是不同于普通文件系统的是，HDFS中，如果一个文件小于一个数据块的大小，并不占用整个数据块存储空间。
需要注意的是，可能在页面展示的时候会如下图：

文件管理页面展示
但是我们实际情况是下图：
后台查看文件实际大小
同时DataNode是多副本的，也就是hdfs-site.xml的dfs.replication属性配置的值。默认是3。

4.3.3 Secondary NameNode

Secondary NameNode是高可用(HA)的一个解决方案。但不支持热备。配置即可。它会从NameNode上下载元数据信息（fsimage,edits），然后把二者合并，生成新的fsimage，在本地保存，并将其推送到NameNode，替换旧的fsimage.

工作流程

• secondary通知namenode切换edits文件
• secondary从namenode获得fsimage和edits(通过http)
• secondary将fsimage载入内存，然后开始合并edits
• secondary将新的fsimage发回给namenode

• namenode用新的fsimage替换旧的fsimage
  流程如下图：

  
  Secondary NameNode工作流程

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Secondary NameNode工作时机
Secondary NameNode会在何时进行文件的合并呢，主要有两个参数

• fs.checkpoint.period 指定两次checkpoint的最大时间间隔，默认3600秒。
• fs.checkpoint.size 规定edits文件的最大值，一旦超过这个值则强制checkpoint，不管是否到达最大时间间隔。默认大小是64M。