NameNode也称为Master，负责管理整个文件系统元数据，是HDFS的核心；

DataNode也称为Slave，负责管理具体文件数据块存储；

Secondary NameNode协助NameNode进行元数据的备份。

HDFS的内部工作机制对客户端保持透明，客户端请求访问HDFS都是通过向NameNode申请来进行。

1. HDFS写数据流程

详细步骤解析：

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副本放置策略进行文件分配，返回可用的DataNode的地址，如：A，B，C；

注：默认存储策略由BlockPlacementPolicyDefault类支持。也就是日常生活中提到最经典的3副本策略。

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pipeline ack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到服务器。

2. HDFS读数据流程

详细步骤解析：

1、Client向NameNode发起RPC请求，来确定请求文件block所在的位置；

2、NameNode会视情况返回文件的部分或者全部block列表，对于每个block，NameNode都会返回含有该block副本的DataNode地址；

3、这些返回的DN地址，会按照集群拓扑结构得出DataNode与客户端的距离，然后进行排序，排序两个规则：网络拓扑结构中距离Client近的排靠前；心跳机制中超时汇报的DN状态为STALE，这样的排靠后；

4、Client选取排序靠前的DataNode来读取block，如果客户端本身就是DataNode,那么将从本地直接获取数据；

5、底层上本质是建立FSDataInputStream，重复的调用父类DataInputStream的read方法，直到这个块上的数据读取完毕；一旦到达块的末尾，DFSInputStream 关闭连接并继续定位下一个块的下一个 DataNode；

6、当读完列表的block后，若文件读取还没有结束，客户端会继续向NameNode获取下一批的block列表；一旦客户端完成读取，它就会调用 close() 方法。

7、读取完一个block都会进行checksum验证，如果读取DataNode时出现错误，客户端会通知NameNode，然后再从下一个拥有该block副本的DataNode继续读。

8、NameNode只是返回Client请求包含块的DataNode地址，并不是返回请求块的数据；

最终读取来所有的block会合并成一个完整的最终文件。

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