HDFS（Hadoop Distribute File System）
一、基本概念
一句话概括：HDFS是hadoop分布式文件系统，作用是存储大数据文件，是hadoop领域最基础的部分。
二、HDFS的重要特性
一群屌丝机组成高富帅
1、主从架构
namenode作为master负责管理元数据，datanode作为从节点存储block块数据
主从：通常是一主多从，主干活，从也干活，负责的分工不同
主备：通常是一主一备，主要解决的是单节点故障问题，主干活，从为standby
2、分块存储
大文件的存储问题：写要能写的而下，读的时候还要读的块，将文件分成block块分布式存储，理论上多大的文件都可以存储，分块后再读取的时候可以并行读取，速度会非常的块。一般hadoop2.x版本的默认是128M
3、名称空间
名称空间是指namenode对外有统一的文件路径和命名，形如：hdfs://node01:9000/hadoop32/a.txt，要上传的文件名和要上传的位置，要下载的文件名和下载的文件路径，统一规范（简单理解就是我们通过50070能够看到的文件结构）。
4、namenode元数据
namenode负责元数据的管理，（元数据通常可以理解为修饰数据的数据），hdfs中元数据主要指目录结构和文件的块信息
hdfs的存储规则是尽量不存储小文件，因为一条元数据理论 150byte，例如10W个1Kb的小文件存储的硬盘需要100M，而存储元数据的内存就需要15M。
5、datanode数据存储
datanode负责存储block块数据，负责真实数据的存储，启动后需要向namenode进行心跳，并且需要汇报本地块信息。
datanode主要是存储，也就是需要磁盘，所以多台廉价的屌丝机就可以组成一个强大的HDFS存储集群
6、副本机制
副本就是备份，考虑的是容灾的问题，默认每个block有3个副本，他们为相互为对方的副本。
机架感知（3副本机制）
7、一次写入多次读取
8、限额操作
数量限额
hdfs dfsadmin -setQuota 2 限定的文件的路径 # 给该文件夹下面设置最多上传两个文件，上传文件，发现只能上传一个文件
清除权限 -clrQuota
空间限额
假如现在上传的一个文件的备份数是2 现在的空间不足256
假如上传的是129M的文件 那么至少是需要剩余空间512才可以上传文件到hdfs
查看hdfs文件xiane
hdfs dfsadmin -setQuota 2 限定的文件的路径 # 给该文件夹下面设置最多上传两个文件，上传文件，发现只能上传一个文件三、hdfs常用shell命令介绍
-ls
使用方法：hadoop fs -ls [-h] [-R] <args>
功能：显示文件、目录信息。
示例：hadoop fs -ls /user/hadoop/file1
-mkdir
使用方法：hadoop fs -mkdir [-p] <paths>
功能：在hdfs上创建目录，-p表示会创建路径中的各级父目录。
示例：hadoop fs -mkdir –p /user/hadoop/dir1
-put
使用方法：hadoop fs -put [-f] [-p] [ -|<localsrc1> .. ]. <dst>
hadoop fs -put linux中文件的路径 hdfs上的路径
功能：将单个src或多个srcs从本地文件系统复制到目标文件系统。
-p：保留访问和修改时间，所有权和权限。
-f：覆盖目的地（如果已经存在）
示例：hadoop fs -put -f localfile1 localfile2 /user/hadoop/hadoopdir
-get
使用方法：hadoop fs -get [-ignorecrc] [-crc] [-p] [-f] <src> <localdst>
hadoop fs -get hdfs中文件的路径 本地文件的路径
hadoop fs -get /hadoop32/word.txt /export
-ignorecrc：跳过对下载文件的CRC检查。
-crc：为下载的文件写CRC校验和。
功能：将文件复制到本地文件系统（linux上）。
示例：hadoop fs -get hdfs://host:port/user/hadoop/file localfile
-appendToFile
使用方法：hadoop fs -appendToFile <localsrc> ... <dst>
功能：追加一个文件到已经存在的文件末尾(将文件的内容加载到hdfs中已经存在的文件中)
示例：hadoop fs -appendToFile localfile /hadoop/hadoopfile
-chown
功能：改变文件的拥有者。使用-R将使改变在目录结构下递归进行。
示例：hadoop fs -chown someuser:somegrp /hadoop/hadoopfile
-cp
功能：从hdfs的一个路径拷贝hdfs的另一个路径
示例： hadoop fs -cp /aaa/jdk.tar.gz /bbb/jdk.tar.gz.2
-mv
功能：在hdfs目录中移动文件
示例： hadoop fs -mv /aaa/jdk.tar.gz /
-rm
功能：删除指定的文件。只删除非空目录和文件。-r 递归删除。
示例：hadoop fs -rm -r /aaa/bbb/
-df
功能：统计文件系统的可用空间信息
示例：hadoop fs -df -h /
-du
功能：显示目录中所有文件大小，当只指定一个文件时，显示此文件的大小。
示例：hadoop fs -du /user/hadoop/dir1
四、HDFS的基本原理
1、NameNode概述
a、 NameNode是HDFS的核心。
b、 NameNode也称为Master。
c、 NameNode仅存储HDFS的元数据：文件系统中所有文件的目录树，并跟踪整个集群中的文件。
d、 NameNode不存储实际数据或数据集。数据本身实际存储在DataNodes中。
e、 NameNode知道HDFS中任何给定文件的块列表及其位置。使用此信息NameNode知道如何从块中构建文件。
f、 NameNode并不持久化存储每个文件中各个块所在的DataNode的位置信息，这些信息会在系统启动时从数据节点重建。
g、 NameNode对于HDFS至关重要，当NameNode关闭时，HDFS / Hadoop集群无法访问。
h、 NameNode是Hadoop集群中的单点故障。
i、 NameNode所在机器通常会配置有大量内存（RAM）。
2、DataNode概述
a、 DataNode负责将实际数据存储在HDFS中。
b、 DataNode也称为Slave。
c、 NameNode和DataNode会保持不断通信。
d、 DataNode启动时，它将自己发布到NameNode并汇报自己负责持有的块列表。
e、 当某个DataNode关闭时，它不会影响数据或群集的可用性。NameNode将安排由其他DataNode管理的块进行副本复制。
f、 DataNode所在机器通常配置有大量的硬盘空间。因为实际数据存储在DataNode中。
g、 DataNode会定期（dfs.heartbeat.interval配置项配置，默认是3秒）向NameNode发送心跳，如果NameNode长时间没有接受到DataNode发送的心跳， NameNode就会认为该DataNode失效。
h、 block汇报时间间隔取参数dfs.blockreport.intervalMsec,参数未配置的话默认为6小时.
3、HDFS的工作机制
3.1 写过程
1、datanode向namenode汇报自己的状态信息和块列表
2、client找到namenode，向namenode申请上传文件
3、namenode进行校验是否有权限上传，看是否有同名的文件 如果没加入覆盖则不允许上传
4、如果通过，则允许上传文件
5、假如现在的文件是129m 则会对文件进行切割，一个是128 一个是1
6、进行上传 先上传第一个block块，这时会问namenode传送到哪个datanode块上去 ，
7、namenode进行机架感知，选出一个datanode地址列表，并返回给客户端，比如node01、node03
8、这是client就会知道连接哪个datanode。然后建立管道，node01和node03之间也需要建立管道
9、会把block块再次拆分成64k的包然后上传，最后根据偏移量组装成一个新的文件
10、备份成功后会返回一个ack确认码
11、然后继续上传第二个block块3.2读过程
1、申请下载，client向namenode询问 namenode中的namespace保存的是文件的名称和路径以及一些元数据信息
2、这样就会知道你所要下载的文件到底在那个datanode上面 但是有时候备份很多的话，就会根据网络拓扑图翻回最近的一个block块并且是状态好的
3、这样就会得到你需要的文件的地址列表，这样就会连接datanode，进行并行的读取，就会很快速的读取，集群做的够大，他的吞吐能力是非常的强的五、HDFS的应用操作
1、HDFS的JAVAAPI操作
1.1搭建开发环境
<repositories>
<repository>
<id>cloudera</id>
<url>https://repository.cloudera.com/artifactory/cloudera-repos/</url>
</repository>
</repositories>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.apache.hadoop</groupId>
<artifactId>hadoop-client</artifactId>
<version>2.6.0-mr1-cdh5.14.0</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.hadoop</groupId>
<artifactId>hadoop-common</artifactId>
<version>2.6.0-cdh5.14.0</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.hadoop</groupId>
<artifactId>hadoop-hdfs</artifactId>
<version>2.6.0-cdh5.14.0</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.hadoop</groupId>
<artifactId>hadoop-mapreduce-client-core</artifactId>
<version>2.6.0-cdh5.14.0</version>
</dependency>
<!--这里需要在添加一个junit 可以使用4.12版本-->
</dependencies>1.2stream原始流对接操作--繁琐但灵活
/**
* @ClassName StreamAccess
* @Description stream流对接的方式上传下载数据
*/
public class StreamAccess {
//创建客户端对象
FileSystem fs = null;
//创建fs的4种方式
@Before
public void createFS() throws IOException, URISyntaxException, InterruptedException {
Configuration conf = new Configuration();
//第一种方式 如果什么参数都不给，创建的是本地文件系统 file:/// hdfs 50070 9000
// 9000是用来操作的 50070是用来看的
//优先级 当前的配置 > 项目的classpath > 用户设置的hadoop/etc/hadoop/core-site.xml > 默认的core-default.xml
conf.set("fs.defaultFS","hdfs://node01:9000");
System.setProperty("HADOOP_USER_NAME","root");
fs = FileSystem.get(conf);
//第二种方式（用的最多）
fs = FileSystem.get(new URI("hdfs://node01:9000"),conf,"root");
//第三种方式
conf.set("fs.defaultFS","hdfs://node01:9000");
fs = FileSystem.newInstance(conf);
//第四种方式
fs = FileSystem.newInstance(new URI("hdfs://node01:9000"),conf);
}
//上传
@Test
public void streamToHdfs() throws Exception {
//得到本地的输入流
FileInputStream inputStream = new FileInputStream(new File("d:/pom.xml"));
//得到hdfs的输出流 要写文件
FSDataOutputStream outputStream = fs.create(new Path("/hadoop32/1.txt"));
//流对接
IOUtils.copy(inputStream,outputStream);
}
//下载
@Test
public void streamDownLoad() throws Exception {
//hdfs得到输入流
FSDataInputStream inputStream = fs.open(new Path("/hadoop32/1.txt"));
//得到本地文件的输出流
inputStream.seek(346); // 从哪个位置开始下载
FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(new File("d:/3.txt"));
IOUtils.copy(inputStream,outputStream);
}
//获取hdfs上的所有文件及路径 hadoop fs -ls -R /
@Test
public void findAllFiles() throws Exception {
RemoteIterator<LocatedFileStatus> iterator = fs.listFiles(new Path("/"), true);// true为是否进行递归查询
while (iterator.hasNext()) {
//fileStatus是对文件或文件夹的所属数据信息
LocatedFileStatus fileStatus = iterator.next();
System.out.println(fileStatus.getPath());
}
}
//遍历hdfs上所有的文件和文件夹
@Test
public void findAll() throws Exception {
findFiles("/");
}
private void findFiles(String path) throws IOException {
FileStatus[] fileStatuses = fs.listStatus(new Path(path));
for (FileStatus fileStatus : fileStatuses) {
//每一个文件或文件夹的所有数据
if(fs.isDirectory(fileStatus.getPath())){
//得到的就是文件夹
System.out.println("d----"+fileStatus.getPath());
findFiles(fileStatus.getPath().toString());
}else{
//得到的就是文件
System.out.println("f----"+fileStatus.getPath());
}
}
}
//获取指定的block块
@Test
public void getBlock0() throws Exception {
FSDataInputStream in = fs.open(new Path("/hadoop32/y.zip"));
//如果path指定的是一个文件，那么数组返回的大小就是1
FileStatus[] fileStatuses = fs.listStatus(new Path("/hadoop32/y.zip"));
FileStatus fileStatus = fileStatuses[0];
//返回当前文件所有block块的地址列表
BlockLocation[] fileBlockLocations = fs.getFileBlockLocations(fileStatus, 0, fileStatus.getLen());
/* for (BlockLocation fileBlockLocation : fileBlockLocations) {
//得到的是每个块的信息
System.out.println( fileBlockLocation.getLength()+" offset :"+ fileBlockLocation.getOffset());
String[] hosts = fileBlockLocation.getHosts();
//当前块host
for (String host : hosts) {
System.out.println("host"+host);
}
}*/
BlockLocation fileBlockLocation = fileBlockLocations[1];
//第二个block块的偏移量
long offset = fileBlockLocations[1].getOffset();
//注意长度的问题：第一个块的长度是128M 第二个块的长度是111M 所以就是从128M向后读了111M的数据，也就是从128M读取到239M的位置，这个长度是指239这个数值
long length = offset+fileBlockLocations[1].getLength();
byte[] b = new byte[4096];
FileOutputStream os = new FileOutputStream(new File("d:/block1"));
while(in.read(offset, b, 0, 4096)!=-1){
os.write(b);
offset += 4096;
if(offset>length) {
return;
}
};
}
@After
public void close() throws Exception {
//通常如果是get方式的话不建议关闭，如果是newInstance的话 建议关闭
fs.close();
}
}1.3客户端操作--简单易操作
public class HDFSClient {
FileSystem fs = null;
//初始化hdfs文件系统
@Before
public void createFS() throws Exception{
Configuration conf = new Configuration();
fs = FileSystem.get(new URI("hdfs://node01:9000"),conf,"root");
//获取到所有datanode节点信息
DatanodeInfo[] dataNodeStats = ((DistributedFileSystem) fs).getDataNodeStats();
for (DatanodeInfo dataNodeStat : dataNodeStats) {
System.out.println(dataNodeStat.getName());
}
}
//文件的上传
@Test
public void copyFromLocalFile() throws Exception{
//文件上传 参数1：是否会删除本地原文件 参数2：是否会覆盖掉hdfs上目标的文件 参数3：本地文件路径 参数4：目标hdfs文件路径
fs.copyFromLocalFile(true,true,new Path("d:/Maven_Repository.zip"),new Path("/hadoop32"));
}
//文件的下载
@Test
public void copyToLocalFile() throws Exception {
fs.copyToLocalFile(true,new Path("/hadoop32/Maven_Repository.zip"),new Path("d:/y.zip"));
}
@Test
public void testMkdirAndDeleteAndRename() throws IllegalArgumentException, IOException {
// 创建目录
fs.mkdirs(new Path("/a1/b1/c1"));
// 删除文件夹 ，如果是非空文件夹，参数2必须给值true
fs.delete(new Path("/aaa"), true);
// 重命名文件或文件夹
fs.rename(new Path("/a1"), new Path("/a2"));
}
}
