hadoop源码分析完整版 hdfs源码剖析

HDFS读写流程分析

结合《Hadoop权威指南》 + Hadoop源码 + 《Hadoop 2.X HDFS源码剖析》，对HDFS读写流程和源代码做了总结

内容提要

• HDFS读写流程
• 源代码分析和真实生产环境debug案例

1. HDFS读流程

《Hadoop权威指南》：

HDFS读操作，一般是客户端通过RPC 调用namenode以确定问价按块起始位置，对于每一个块，namenode返回保存该块副本的datanode地址（返回结果具有优先顺序），客户端通过DistributedFileSystem返回的FSDataInputStream对象，调用read方法将数据从datanode传回客户端。

几点说明：

• 节点之间的通信协议
  client/namenode/datanode之间的互动，轻量级的都是rpc方式，比如索取数据块地址，上报失效数据块，删除数据块等等。client/datanode之间互传数据，则是用基于TCP的流式接口。namenode和备用namenode之间用的是HTTP流式接口。
• 几个计量单位
  block : 128MB datanode数据块的大小
  packet : 64KB tcp传输的基本单位
  chunk: 512Byte tcp传输数据校验的基本单位

流程

1. 客户端通过DistributedFileSystem向NameNode请求下载文件，NameNode通过查询元数据，找到文件块所在的DataNode地址。
2. 客户端挑选网络距离最近的一台DataNode服务器，请求读取数据。
3. DataNode传输数据给客户端
4. 客户端以Packet为单位接收，先在本地缓存，然后写入目标文件

2. HDFS写流程

1. 客户端通过Distributed FileSystem模块向NameNode请求上传文件，NameNode检查目标文件是否已存在，父目录是否存在。
2. NameNode返回是否可以上传。
3. 客户端请求第一个 Block上传到哪几个DataNode服务器上。
4. NameNode返回3个DataNode节点，分别为dn1、dn2、dn3。
5. 客户端通过FSDataOutputStream模块请求dn1上传数据，dn1收到请求会继续调用dn2，然后dn2调用dn3，将这个通信管道建立完成。
6. dn1、dn2、dn3逐级应答客户端。
7. 客户端开始往dn1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，dn1收到一个Packet就会传给dn2，dn2传给dn3；dn1每传一个packet会放入一个应答队列等待应答。
8. 当一个Block传输完成之后，客户端再次请求NameNode上传第二个Block的服务器。（重复执行3-7步）。

3. 读流程源码分析

这是一段朴实无华的文件从HDFS下载到本地的客户端代码，既然是文件传输到本地，中间的copyToLocalFile方法里面必然包含读的逻辑，debug大法一步一步看

public class HDFS_read {
    public static void main(String[] args) throws IOException, URISyntaxException, InterruptedException {
        Configuration conf = new Configuration();
        FileSystem fs  = FileSystem.get(new URI("hdfs://hadoop102:8020"),conf,"red");
        fs.copyToLocalFile(false,new Path("/b.txt"),new Path("E:\\b.txt"),true);
        fs.close();
    }
}

2.1 FileSystem的创建

• 这步通过用户的配置文件生成相应的文件系统

step1 :get方法进入首先读取kerberos认证缓存得到UserGroupInformation
step2 : 创建FileSystem的核心逻辑FileSystem的静态方法get

关键步骤注释写在代码中

public static FileSystem get(URI uri, Configuration conf) throws IOException {
    //对HDFS文件系统，scheme是hdfs，对本地文件系统，scheme是file,来源于用户自己输入的URI
    String scheme = uri.getScheme();
    //authority 是namenode的域名和端口号 hadoop102:8020
    String authority = uri.getAuthority();
	//如果没指定某些信息，就去conf里面找，再没有就用FileSystem默认的
    if (scheme == null && authority == null) {     // use default FS
      return get(conf);
    }
    if (scheme != null && authority == null) {     // no authority
      URI defaultUri = getDefaultUri(conf);
      if (scheme.equals(defaultUri.getScheme())    // if scheme matches default
          && defaultUri.getAuthority() != null) {  // & default has authority
        return get(defaultUri, conf);              // return default
      }
    }

	//这步挺有意思拼接好disableCacheName后去conf里面看看用户是否指定
    String disableCacheName = String.format("fs.%s.impl.disable.cache", scheme);
    if (conf.getBoolean(disableCacheName, false)) {
      LOGGER.debug("Bypassing cache to create filesystem {}", uri);
      return createFileSystem(uri, conf);
    }

    //去缓存中查看，没有就新建FileSystem 实例返回
    return CACHE.get(uri, conf);
  }

拓展案例
disableCacheName：fs.hdfs.impl.disable.cache相关真实案例，和上面源码有关值得一看

2.2 fs.copyToLocalFile

转到FileUtil 的copy方法

in = srcFS.open(src);
out = dstFS.create(dst, overwrite);
IOUtils.copyBytes(in, out, conf, true);

open调用dfs的open得到FSInputStream，里面包裹着DFSInputStream
open调用localFS的create得到FSOutputStream，里面包裹着DFSInputStream
FSInputStream和FSOutputStream对接传输数据

dfs.open(getPathName(p), bufferSize, verifyChecksum);

DFSInputStream构建之前调用了getLocatedBlocks，得到了数据块的位置。这个位置的用clientprotocal 客户端rpc调用的namenode方法返回块信息（块信息按照距离客户端的网络距离排序了）

public DFSInputStream open(String src, int buffersize, boolean verifyChecksum)
      throws IOException {
    checkOpen();
    //    Get block info from namenode
    try (TraceScope ignored = newPathTraceScope("newDFSInputStream", src)) {
      LocatedBlocks locatedBlocks = getLocatedBlocks(src, 0);
      return openInternal(locatedBlocks, src, verifyChecksum);
    }
  }

3. 写流程源码分析

这是一段朴实无华的向HDFS写文件的代码

public class HDFS_write {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.setProperty("HADOOP_USER_NAME","root");
        Configuration conf = new Configuration();
        conf.set("fs.defaultFS","hdfs://hadoop102:8020");
        FileSystem fs = FileSystem.get(conf);
        fs.copyFromLocalFile(false,true,new Path("E:\\b.txt"),new Path("/b.txt"));
    }
}

写方法重点看下 dstFS.create(dst, overwrite)

在create中最终找到新建DFSOutputStream的方法，里面又新建了一个streamer

这个streamer继承了线程，然后启动起来了

streamer其实就是干活的

streamer 的dataQueue数据队列存放着写入的数据

streamer 的ackQueue数据队列存放着确认数据，收到datanode的确认信息后才会清空

从队列拿到packet

one = dataQueue.getFirst();

采用pipeline模式发送数据

setPipeline(nextBlockOutputStream());
initDataStreaming();

最终closeInternal方法清空dataQueue和ackQueue