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  • HDFS文件写入过程

    千次阅读 2020-10-12 20:56:08
    目标:掌握HDFS写入数据的详细过程 详细步骤解析: List itemclient发起文件上传请求,通过RPC与NameNode建立通讯,NameNode检查目标文件是否已存在,父目录是否存在,返回是否可以上传; client请求第一个...

    文件写入过程

    目标:掌握HDFS写入数据的详细过程

    在这里插入图片描述

    详细步骤解析:

    1. List itemclient发起文件上传请求,通过RPC与NameNode建立通讯,NameNode检查目标文件是否已存在,父目录是否存在,返回是否可以上传;

    2. client请求第一个block该传输到哪些DataNode服务器上;

    3. NameNode根据配置文件中指定的备份数量及机架感知原理进行文件分配,返回可用的DataNode的地址如:A,B,C;

    4. client请求3台DataNode中的一台A上传数据(本质上是一个RPC调用,建立pipeline),A收到请求会继续调用B,然后B调用C,将整个pipeline建立完成,后逐级返回client;

    5. client开始往A上传第一个block(先从磁盘读取数据放到一个本地内存缓存),以packet为单位(默认64K),A收到一个packet就会传给B,B传给C;A每传一个packet会放入一个应答队列等待应答。

    6. 数据被分割成一个个packet数据包在pipeline上依次传输,在pipeline反方向上,逐个发送ack(命令正确应答),最终由pipeline中第一个DataNode节点A将pipelineack发送给client;

    7. 关闭写入流。

    8. 当一个block传输完成之后,client再次请求NameNode上传第二个block到服务器。

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  • 1.6 HDFS文件写入过程 Client 发起文件上传请求, 通过 RPC 与 NameNode 建立通讯, NameNode检查目标文件是否已存在, 父目录是否存在, 返回是否可以上传 Client 请求第一个 block 该传输到哪些 DataNode 服务器...

    1.6 HDFS文件写入过程

    在这里插入图片描述

    1. Client 发起文件上传请求, 通过 RPC 与 NameNode 建立通讯, NameNode检查目标文件是否已存在, 父目录是否存在, 返回是否可以上传

    2. Client 请求第一个 block 该传输到哪些 DataNode 服务器上

    3. NameNode 根据配置文件中指定的备份数量及机架感知原理进行文件分配,返回可用的 DataNode 的地址如: A, B, C
      3.1 Hadoop 在设计时考虑到数据的安全与高效, 数据文件默认在 HDFS,上存放三份, 存储策略为本地一份, 同机架内其它某一节点上一份,不同机架的某一节点上一份。

    4. Client 请求 3 台 DataNode 中的一台 A 上传数据(本质上是一个 RPC调用,建立 pipeline ), A 收到请求会继续调用 B, 然后 B 调用 C,将整个 pipeline 建立完成, 后逐级返回 client

    5. Client 开始往 A 上传第一个block(先从磁盘读取数据放到一个本地内存缓存), 以 packet为单位(默认64K), A 收到一个 packet 就会传给 B, B 传给 C. A每传一个 packet 会放入一个应答队列等待应答

    6. 数据被分割成一个个 packet 数据包在 pipeline 上依次传输, 在 pipeline反方向上, 逐个发送 ack(命令正确应答), 最终由 pipeline 中第一个DataNode 节点 A 将 pipelineack 发送给 Client

    7. 当一个 block 传输完成之后, Client 再次请求 NameNode 上传第二个 block到服务 1

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  • HDFS写入过程

    2018-08-08 22:20:33
    HDFS写入过程分析: 0、相关概念: (1)chunk:小块,hdfs文件系统中的最小单位,大小为512字节 (2)packet:包,基础数据会切割成很多packet,通过数据队列进行数据发送,block是由packet组成的,packet=...

    HDFS写入过程分析:

    0、相关概念:

    (1)chunk:小块,hdfs文件系统中的最小单位,大小为512字节

    (2)packet:包,基础数据会切割成很多packet,通过数据队列进行数据发送,block是由packet组成的,packet=(chunk+checksum) x 126

    (3)checksum:默认校验算法是CRC32C算法,每隔512字节进行校验,产生4字节的校验和

    1、通过两个配置文件(core-site.xml和core-default.xml)初始化configuration

    2、通过配置文件中的fs.defaultFS指定的值初始化文件系统

    3、在namenode中写入元数据信息

    (1)DFSOutputStream:dfsClient.namenode.create();

    (2)ClientNamenodeProtocolTranslatorPB:rpcProxy.create();

    4、在datanode中写入真实数据

    (1)创建包:读取数据到内存中,每隔512字节(1个chunk)进行校验,校验和数据为4字节,每隔4608字节(9个chunk),会将数据flush到packet中,packet添加一个序列号并放在数据队列末尾

    (2)写包:从数据队列中获取一个包,然后选择一个datanode,在其中创建一个块,通过此datanode向其他datanode架设管线(socket),使用protobuf串行化技术,在块中写入数据(以packet形式写入),写完此datanode后会通过管线向其他datanode进行数据的二次写入,每写完一个datanode,datanode会将packet发到确认队列(ackQueue)中,ackQueue达到副本数量的包后清空,证明数据写入成功

     

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  • HDFS写入文件的重要概念

    千次阅读 2013-02-19 22:08:49
    HDFS一个文件由多个block构成。HDFS在进行block读写的时候是以packet(默认每个packet为64K)为单位进行的。每一个packet由若干个chunk(默认512Byte)组成。Chunk是进行数据校验的基本单位,对每一个chunk生成一个...

    HDFS一个文件由多个block构成。HDFS在进行block读写的时候是以packet(默认每个packet为64K)为单位进行的。每一个packet由若干个chunk(默认512Byte)组成。Chunk是进行数据校验的基本单位,对每一个chunk生成一个校验和(默认4Byte)并将校验和进行存储。

    在写入一个block的时候,数据传输的基本单位是packet,每个packet由若干个chunk组成。

     

    HDFS客户端写文件示例代码

    复制代码
    FileSystem hdfs = FileSystem.get(new Configuration());
    Path path = new Path("/testfile");
    
    // writing
    FSDataOutputStream dos = hdfs.create(path);
    byte[] readBuf = "Hello World".getBytes("UTF-8");
    dos.write(readBuf, 0, readBuf.length);
    dos.close();
    
    hdfs.close();
    复制代码

     

    文件的打开

    上传一个文件到hdfs,一般会调用DistributedFileSystem.create,其实现如下:

    public FSDataOutputStream create(Path f, FsPermission permission,boolean overwrite,int bufferSize, short replication, long blockSize,Progressable progress) throws IOException {
        return new FSDataOutputStream
           (dfs.create(getPathName(f), permission,overwrite, replication, blockSize, progress, bufferSize),
            statistics);
    }

    其最终生成一个FSDataOutputStream用于向新生成的文件中写入数据。其成员变量dfs的类型为DFSClient,DFSClient的create函数如下:

    复制代码
    public OutputStream create(String src,FsPermission permission,boolean overwrite,short replication,long blockSize,Progressable progress,int buffersize) throws IOException {
        checkOpen();
        if (permission == null) {
          permission = FsPermission.getDefault();
        }
        FsPermission masked = permission.applyUMask(FsPermission.getUMask(conf));
        OutputStream result = new DFSOutputStream(src, masked,overwrite, replication, blockSize, progress, buffersize,
            conf.getInt("io.bytes.per.checksum", 512));
        leasechecker.put(src, result);
        return result;
    }
    复制代码

    其中构造了一个DFSOutputStream,在其构造函数中,同过RPC调用NameNode的create来创建一个文件。 
    当然,构造函数中还做了一件重要的事情,就是streamer.start(),也即启动了一个pipeline,用于写数据,在写入数据的过程中,我们会仔细分析。

    复制代码
    DFSOutputStream(String src, FsPermission masked, boolean overwrite,short replication, long blockSize, Progressable progress,
                    int buffersize, int bytesPerChecksum) throws IOException {
        this(src, blockSize, progress, bytesPerChecksum);
        computePacketChunkSize(writePacketSize, bytesPerChecksum);
        try {
          namenode.create(src, masked, clientName, overwrite, replication, blockSize);
        } catch(RemoteException re) {
          throw re.unwrapRemoteException(AccessControlException.class,QuotaExceededException.class);
        }
        streamer.start();
    }
    复制代码

     通过rpc调用NameNode的create函数,调用namesystem.startFile函数,其又调用startFileInternal函数,它创建一个新的文件,状态为under construction,没有任何data block与之对应。

     

    dfsclient文件的写入

    下面轮到客户端向新创建的文件中写入数据了,一般会使用FSDataOutputStream的write方法:

    按照hdfs的设计,对block的数据写入使用的是pipeline的方式,也即将数据分成一个个的package,如果需要复制三分,分别写入DataNode 1, 2, 3,则会进行如下的过程:

    • 首先将package 1写入DataNode 1
    • 然后由DataNode 1负责将package 1写入DataNode 2,同时客户端可以将pacage 2写入DataNode 1
    • 然后DataNode 2负责将package 1写入DataNode 3, 同时客户端可以讲package 3写入DataNode 1,DataNode 1将package 2写入DataNode 2
    • 就这样将一个个package排着队的传递下去,直到所有的数据全部写入并复制完毕

    FSDataOutputStream的write方法会调用DFSOutputStream的write方法,而DFSOutputStream继承自FSOutputSummer,所以实际上是调用FSOutputSummer的write方法,如下:

    public synchronized void write(byte b[], int off, int len)
      throws IOException {
        //参数检查
        for (int n=0;n<len;n+=write1(b, off+n, len-n)) {
        }
      }

    FSOutputSummer的write1的方法如下:

    复制代码
    private int write1(byte b[], int off, int len) throws IOException {
        if(count==0 && len>=buf.length) {
          // buf初始化的大小是chunk的大小,默认是512,这里的代码会在写入的数据的剩余内容大于或等于一个chunk的大小时调用
          // 这里避免多余一次复制
          final int length = buf.length;
          sum.update(b, off, length);//length是一个完整chunk的大小,默认是512,这里根据一个chunk内容计算校验和
          writeChecksumChunk(b, off, length, false);
          return length;
        }
        
        // buf初始化的大小是chunk的大小,默认是512,这里的代码会在写入的数据的剩余内容小于一个chunk的大小时调用
        // 规避了数组越界问题
        int bytesToCopy = buf.length-count;
        bytesToCopy = (len<bytesToCopy) ? len : bytesToCopy;
        sum.update(b, off, bytesToCopy);//bytesToCopy不足一个chunk,是写入的内容的最后一个chunk的剩余字节数目
        System.arraycopy(b, off, buf, count, bytesToCopy);
        count += bytesToCopy;
        if (count == buf.length) {//如果不足一个chunk,就缓存到本地buffer,如果还有下一次写入,就填充这个chunk,满一个chunk再flush,count清0
          // local buffer is full
          flushBuffer();//最终调用writeChecksumChunk方法实现
        } 
        return bytesToCopy;
      }
    复制代码

    writeChecksumChunk的实现如下:

    复制代码
    //写入一个chunk的数据长度(默认512),忽略len的长度
    private void writeChecksumChunk(byte b[], int off, int len, boolean keep)
      throws IOException {
        int tempChecksum = (int)sum.getValue();
        if (!keep) {
          sum.reset();
        }
        int2byte(tempChecksum, checksum);//把当前chunk的校验和从int转换为字节
        writeChunk(b, off, len, checksum);
    }
    复制代码

    writeChunk由子类DFSOutputStream实现,如下:

    复制代码
     protected synchronized void writeChunk(byte[] b, int offset, int len, byte[] checksum)throws IOException {
    
          //创建一个package,并写入数据
          currentPacket = new Packet(packetSize, chunksPerPacket,bytesCurBlock);
          currentPacket.writeChecksum(checksum, 0, cklen);
          currentPacket.writeData(b, offset, len);
          currentPacket.numChunks++;
          bytesCurBlock += len;
    
          //如果此package已满,则放入队列中准备发送
          if (currentPacket.numChunks == currentPacket.maxChunks ||bytesCurBlock == blockSize) {
              ......
              dataQueue.addLast(currentPacket);
              //唤醒等待dataqueue的传输线程,也即DataStreamer
              dataQueue.notifyAll();
              currentPacket = null;
              ......
          }
     }
    复制代码

     writeChunk比较简单,就是把数据填充packet,填充完毕,就放到dataQueue,再唤醒DataStreamer。

    DataStreamer完成了数据的传输,DataStreamer的run函数如下:

    复制代码
      public void run() {
        while (!closed && clientRunning) {
          Packet one = null;
          synchronized (dataQueue) {
          boolean doSleep = processDatanodeError(hasError, false);//如果ack出错,则处理IO错误
            //如果队列中没有package,则等待
            while ((!closed && !hasError && clientRunning && dataQueue.size() == 0) || doSleep) {
              try {
                dataQueue.wait(1000);
              } catch (InterruptedException  e) {
              }
              doSleep = false;
            }
            try {
              //得到队列中的第一个package
              one = dataQueue.getFirst();
              long offsetInBlock = one.offsetInBlock;
              //由NameNode分配block,并生成一个写入流指向此block
              if (blockStream == null) {
                nodes = nextBlockOutputStream(src);
                response = new ResponseProcessor(nodes);
                response.start();
              }
    
              ByteBuffer buf = one.getBuffer();
              //将packet从dataQueue移至ackQueue,等待确认
              dataQueue.removeFirst();
              dataQueue.notifyAll();
              synchronized (ackQueue) {
                ackQueue.addLast(one);
                ackQueue.notifyAll();
              }
    
              //利用生成的写入流将数据写入DataNode中的block
              blockStream.write(buf.array(), buf.position(), buf.remaining());
              if (one.lastPacketInBlock) {
                blockStream.writeInt(0); //表示此block写入完毕
              }
              blockStream.flush();
            } catch (Throwable e) {
            }
            
            if (one.lastPacketInBlock) {
                //数据块写满,做一些清理工作,下次再申请块
                response.close();        // ignore all errors in Response
                
                synchronized (dataQueue) {
                  IOUtils.cleanup(LOG, blockStream, blockReplyStream);
                  nodes = null;
                  response = null;
                  blockStream = null;//设置为null,下次就会判断blockStream为null,申请新的块
                  blockReplyStream = null;
                }
            }
        }
          ......
      }
    复制代码

    DataStreamer线程负责把准备好的数据packet,顺序写入到DataNode,未确认写入成功的packet则移动到ackQueue,等待确认。

    DataStreamer线程传输数据到DataNode时,要向namenode申请数据块,方法是nextBlockOutputStream,再调用locateFollowingBlock,通过RPC调用namenode.addBlock(src, clientName),在NameNode分配了DataNode和block以后,createBlockOutputStream开始写入数据。

    客户端在DataStreamer的run函数中创建了写入流后,调用blockStream.write将packet写入DataNode

     

    DataStreamer还会启动ResponseProcessor线程,它负责接收datanode的ack,当接收到所有datanode对一个packet确认成功的ack,ResponseProcessor从ackQueue中删除相应的packet。在出错时,从ackQueue中移除packet到dataQueue,移除失败的datanode,恢复数据块,建立新的pipeline。实现如下:

    复制代码
    public void run() {
    ...
    PipelineAck ack = new PipelineAck();
    while (!closed && clientRunning && !lastPacketInBlock) {
      try {
        // read an ack from the pipeline
        ack.readFields(blockReplyStream);
        ...
        //处理所有DataNode响应的状态
        for (int i = ack.getNumOfReplies()-1; i >=0 && clientRunning; i--) {
            short reply = ack.getReply(i);  
          if (reply != DataTransferProtocol.OP_STATUS_SUCCESS) {//ack验证,如果DataNode写入packet失败,则出错    
            errorIndex = i; //记录损坏的DataNode,会在processDatanodeError方法移除该失败的DataNode
            throw new IOException("Bad response " + reply + " for block " + block +  " from datanode " + targets[i].getName());    
          }   
        }
    
        long seqno = ack.getSeqno();
        if (seqno == Packet.HEART_BEAT_SEQNO) {  // 心跳ack,忽略
          continue;
        }
        Packet one = null;
        synchronized (ackQueue) {
          one = ackQueue.getFirst();
        }
        ...
        synchronized (ackQueue) {
          assert ack.getSeqno() == lastAckedSeqno + 1;//验证ack
          lastAckedSeqno = ack.getSeqno();
          ackQueue.removeFirst();//移除确认写入成功的packet
          ackQueue.notifyAll();
        }
      } catch (Exception e) {
        if (!closed) {
          hasError = true;//设置ack错误,让
          ...
          closed = true;
        }
      }
    }
    }
    复制代码

    当ResponseProcessor在确认packet失败时,processDatanodeError方法用于处理datanode的错误,当调用返回后需要休眠一段时间时,返回true。下面是其简单的处理流程:

    1.关闭blockStream和blockReplyStream
    2.将packet从ackQueue移到dataQueue
    3.删除坏datanode
    4.通过RPC调用datanode的recoverBlock方法来恢复块,如果有错,返回true
    5.如果没有可用的datanode,关闭DFSOutputStream和streamer,返回false
    6.创建块输出流,如果不成功,转到3

    实现如下:

    复制代码
    private boolean processDatanodeError(boolean hasError, boolean isAppend) {
      if (!hasError) {//DataNode没有发生错误,直接返回
        return false;
      }
      
      //将未确认写入成功的packets从ack queue移动到data queue的前面
      synchronized (ackQueue) {
        dataQueue.addAll(0, ackQueue);
        ackQueue.clear();
      }
    
      boolean success = false;
      while (!success && clientRunning) {
        DatanodeInfo[] newnodes = null;
        
        //根据errorIndex确定失败的DataNode,从所有的DataNode nodes移除失败的DataNode,复制到newnodes
    
        // 通知primary datanode做数据块恢复,更新合适的时间戳
        LocatedBlock newBlock = null;
        ClientDatanodeProtocol primary =  null;
        DatanodeInfo primaryNode = null;
        try {
          // Pick the "least" datanode as the primary datanode to avoid deadlock.
          primaryNode = Collections.min(Arrays.asList(newnodes));
          primary = createClientDatanodeProtocolProxy(primaryNode, conf, block, accessToken, socketTimeout);
          newBlock = primary.recoverBlock(block, isAppend, newnodes);//恢复数据块
        } catch (IOException e) {
            //循环创建块输出流,如果不成功,移除失败的DataNode
              return true;          // 需要休眠
        } finally {
          RPC.stopProxy(primary);
        }
        recoveryErrorCount = 0; // 数据块恢复成功
        block = newBlock.getBlock();
        accessToken = newBlock.getBlockToken();
        nodes = newBlock.getLocations();
    
        this.hasError = false;
        lastException = null;
        errorIndex = 0;
        success = createBlockOutputStream(nodes, clientName, true);
      }
    
      response = new ResponseProcessor(nodes);
      response.start();//启动ResponseProcessor做ack确认处理
      return false; // 不休眠,继续处理
    }
    复制代码

     

    总结 

    hdfs文件的写入是比较复杂的,所以本文重点介绍了dfsclient端的处理逻辑,对namenode和datanode的响应,就不做详细分析了。

    更多参考

          http://www.cnblogs.com/forfuture1978/archive/2010/11/10/1874222.html (HDFS读写过程解析)

          http://blog.jeoygin.org/2012/07/hdfs-source-analysis-hdfs-input-output-stream.html (讲解dfsclient的重要类的职责)

          http://caibinbupt.iteye.com/blog/286259 (datanode对于块写入的处理)

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  • HDFS文件过程分析

    千次阅读 2016-07-04 14:37:46
    HDFS文件过程分析  2014-10-25 15:42:32 Yanjun HDFS是一个分布式文件系统,在HDFS上写文件的过程与我们平时使用的单机文件系统非常不同,从宏观上来看,在HDFS文件系统上创建并写一个文件,流程如下...
  • HDFS的写入数据过程细节上比较复杂,我们根据代码来一步步分析HDFS写入数据的过程: 1. 加载配置项; 2. 创建文件系统实例; 3. 创建文件实例; 4. 创建输出流对象; 5. 写入数据; 6. 关闭实例对象。
  •     ...按照我们一般的理解,Client向HDFS写入数据,首先需要向NameNode申请Block;申请Block完成后,申请DataNode(包括备份存储的DataNode);二者完成后,Clent进行与DataNode之间的数据存
  • java-api进行HDFS的写操作,文件已经存在,但是正常写入?背景实验环境写入代码展示实验过程问题解决 背景 最近在看HDFS的基础知识,当然啦,HDFS的读写肯定是要看的,于是呢就用java的api进行了测试,但是竟然发现...
  • hdfs读写文件过程

    千次阅读 2018-05-05 17:12:25
    写入100M文件为例: Client将FileA按64M分块。分成两块,block1和Block2; Client向nameNode发送写数据请求,如图蓝色虚线①------&gt; NameNode节点,记录block信息。并返回可用的DataNode (NameNode按...
  • 1.Hdfs写入 Hdfs写入的体系结构 代码: @Test public void putFile() throws Exception{ Configuration conf = new Configuration(); conf.set("fs.defaultFS", "h...
  • HDFS文件写入和读取过程

    千次阅读 2020-02-02 15:23:32
    HDFS文件写入 Client 发起文件上传请求, 通过 RPC 与 NameNode 建立通讯 NameNode 检查目标文件是否已存在, 父目录是否存在, 返回是否可以上传 Client 请求上传第一个 block NameNode 根据配置文件中指定的备份...
  • HDFS写入和读取流程

    千次阅读 2018-11-13 10:42:09
    HDFS写入和读取流程
  • 图解: HDFS文件写入流程

    千次阅读 2019-11-04 20:12:18
    现有HDFS文件系统等待接收数据 第一步:先问问可不可以写入 先来问一下可不可以写入: 1.从客户端发送请求到NameNode 2.NameNode接收到请求后校验他是否有权限,是否有同类文件在系统中 如果有父级目录,也要校验...
  • HDFS读写文件过程分析

    2018-05-28 21:43:58
    HDFS源码分析 FileSystem.get --&gt; 通过反射实例化了一个DistributedFileSystem --&gt; new DFSCilent()把他作为自己的成员变量 在DFSClient构造方法里面,调用了createNamenode,使用了RPC机制,得到了一...
  • 为了更深入的研究客户端与之交互的HDFS,namenode,datanode之间的数据流是怎么进行的,剖析了文件写入HDFS过程
  • HDFS写入数据过程细节上比较复杂,我们先来看一看具体代码是怎样实现写入数据过程的,然后再根据代码进行分析: import org.apache.hadoop.conf.Configuration; import org.apache.hadoop.fs.FSDataOutputStream; ...

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