01-HDFS面试题

HDFS阶段

单元练习5

请简述HDFS是什么？它的出现目的是要解决什么问题？

1，HDFS是Hadoop Distribute File System 的简称，即：Hadoop分布式文件系统。

2，Hadoop分布式文件系统解决的是大数据存储问题，它们是横跨在多台计算机上的存储系统，为存储和处理超大规模数据提供所需的扩展能力。

HDFS的设计目的是什么？

硬件故障是常态， HDFS将有成百上千的服务器组成，每一个组成部分都有可能出现故障。因此故障的检测和自动快速恢复是HDFS的核心架构目标。
HDFS上的应用与一般的应用不同，它们主要是以流式读取数据。HDFS被设计成适合批量处理，而不是用户交互式的。相较于数据访问的反应时间，更注重数据访问的高吞吐量。
典型的HDFS文件大小是GB到TB的级别。所以，HDFS被调整成支持大文件。它应该提供很高的聚合数据带宽，一个集群中支持数百个节点，一个集群中还应该支持千万级别的文件。
大部分HDFS应用对文件要求的是write-one-read-many访问模型。一个文件一旦创建、写入、关闭之后就不需要修改了。这一假设简化了数据一致性问题，使高吞吐量的数据访问成为可能。
移动计算的代价比之移动数据的代价低。一个应用请求的计算，离它操作的数据越近就越高效，这在数据达到海量级别的时候更是如此。将计算移动到数据附近，比之将数据移动到应用所在显然更好。
在异构的硬件和软件平台上的可移植性。这将推动需要大数据集的应用更广泛地采用HDFS作为平台。

根据以下要求，编写相关指令：

1，将本地itcast.txt文件上传至HDFS（node1节点8020端口）的itcast文件夹下
2，从HDFS的itcast文件夹，下载itcast.txt文件

1，将本地itcast.txt文件上传至HDFS（node1节点8020端口）的itcast文件夹下

hadoop fs -put file:///root/itcast.txt hdfs://node1:8020/itcast

2，从HDFS的itcast文件夹，下载itcast.txt文件

hadoop fs -get hdfs://node1:8020/itcast/itcast.txt file:///root/

通过HDFS指令完成如下需求：

1，HDFS创建small文件夹
2，centos本地上传itheima.txt，itcast.txt，boxuegu.txt三个文件至HDFS的small文件夹下。
3，将刚才上传的三个文件进行合并，合并的结果依然存储在small文件夹下，合并文件名称为merge.txt

#  创建3个小文件
echo itheima >> itheima.txt
echo itcast >> itcast.txt
echo boxuegu >> boxuegu.txt

# hdfs中创建/small目录
hadoop fs -mkdir /small
# 上传小文件的到samll目录
hadoop fs -put *.txt /small
# 合并并下载文件到本地目录
hadoop fs -getmerge /small merge.txt
# 上传合并的文件到/small
hadoop fs -put merge.txt /small

单元练习6

请描述DataNode的作用

DataNode负责将实际数据存储在HDFS中。（必答，不答扣分）
DataNode也称为Slave。（必答，不答扣分）
NameNode和DataNode会保持不断通信。（必答，不答扣分）
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。（必答，不答扣分）
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。（必答，不答扣分）
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。（必答，不答扣分）
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。
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.

请描述HDFS下载文件流程

1、HDFS客户端创建FileSystem对象实例DistributedFileSystem， FileSystem封装了与文件系统操作的相关方法。调用DistributedFileSystem对象的open()方法来打开希望读取的文件。

2、DistributedFileSystem使用RPC调用namenode来确定文件中前几个块的块位置（分批次读取）信息。

对于每个块，namenode返回具有该块所有副本的datanode位置地址列表，并且该地址列表是排序好的，与客户端的网络拓扑距离近的排序靠前。

3、DistributedFileSystem将FSDataInputStream输入流返回到客户端以供其读取数据。

4、客户端在FSDataInputStream输入流上调用read()方法。然后，已存储DataNode地址的InputStream连接到文件中第一个块的最近的DataNode。数据从DataNode流回客户端，结果客户端可以在流上重复调用read（）。

5、当该块结束时，InputStream将关闭与DataNode的连接，然后寻找下一个块的最佳datanode。这些操作对用户来说是透明的。所以用户感觉起来它一直在读取一个连续的流。客户端从流中读取数据时，也会根据需要询问NameNode来检索下一批数据块的DataNode位置信息。

6、一旦客户端完成读取，就对FSDataInputStream调用close()方法。

请描述NameNode和DataNode通信机制

给的答案：

启动时，DataNode需要向NameNode注册自己并汇报自己持有的数据块信息；

工作时，主从之间有心跳机制，数据块汇报机制；

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。
DataNode会定期向NameNode进行自己持有的数据块信息汇报，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。

我自己写的：
namenode和datanode之间通过rpc协议进行通信
通信的内容包括：

心跳机制：datanode定期向namenode进行心跳，表明自己处于活跃状态
块报告：定期想namenode发送块报告，汇报自己存储的所有块信息，namenode根据块报告跟新元数据，确保文件系统的完整性。如果有块丢失了或不满足设置的备份数，namenode会准备进行块复制
数据块操作：namenode根据客户端或系统需求想datanode发送数据块操作指令
负载均衡

通信流程：

datanode启动时向namenode注册，并发送自己的存储容量、已用空间、块信息等，namenode将datanode的信息记录到元数据中
datanode运行是定期向namenode发送心跳和块报告，namenode更具心跳和块报告更新元数据，并向datanode发送数据块操作指令
datanode失效时如果namenode检测到，将会标记为四节点，并将其上的数据块备份复制到其他的datanode

章测试2

请说明数据存储的几个单位以及转换关系

我的回答：

基本单位：Bit（比特，二进制的0和1）、Byte（字节，数据存储的基本单位，1Byte=8Bit）
数据存储常用的单位从小到大有b、kb、mb、gb、tb、pb、eb。
其大小关系一般都是后者是前者的1024倍，在硬盘的容量统计中按照1000倍计算

参考答案

存储的单位： KB、MB、GB、TB、PB、EB、ZB、YB、BB 单位直由小到大。转换比例逐级都是1024。

请简述主从、主备架构模式

您的答案
主从架构：

多个机器之间有主从关系，主机器和从机器可以理解成奴隶和奴隶主的关系，主机器控制管理从机器的行为
主：一般有一台机器作为主节点，负责从外界接受执行再控制下面的从节点完成相应的操作，但是主节点失效后会造成单点故障，也就是这个集群停止运行
从：从节点听命于主节点，完成主节点的指令，从节点的失效不影响整个集群的运行

主备架构：

主备架构是为了解决单点故障，对一台机器做一台或多台机器的备份，当主机器停止正常运行后，立刻由备用机器立即顶替上，保证服务不中断

参考答案

主从架构：分为master角色以及slave角色，一般是1主多从，这里面主角色主要用于协调与控制，而slave角色主要是完成工作任务，主从角色各司其职，互相共同配合对外提供完整的服务。

主备架构: 分为主角色与备份角色，主角色一般是active状态，表示活动状态，对外提供服务。备份角色一般是standy状态，备用角色。一般配置都是一主一备。主备架构主要用于解决单点故障问题。当主节点故障，备节点升级成主节点对外提供服务。保证集群的稳定性。

一般情况，我们会主备，主从一起使用。例如我们可以把主从架构中，对主节点再做主备，防止主节点出现单点故障。

请列举出hadoop的特点有那些

您的答案

分布式
可用低成本计算机构建集群
易扩容
使用简单
高效率、支持高并发
稳定可靠
通用

参考答案

规则如下：

① 分布式，扩容能力强

② 高效，并发能力强

③ 可靠性

④ 通用性

请说明hadoop的部署模式分别有那些？

您的答案

单机：所有角色都在同一个机器的同一个java进程运行
伪分布：所有角色在同一个机器的不同进程中运行
分布式：有多台机器，每个角色在不同的机器中进行部署
HA集群：具有主备架构的hadoop集群，具有对抗单点故障的能力

参考答案

单机模式 standalone 一台机器，所有的角色在一个java进程中运行。适合体验
伪分布模式一台机器每个角色单独的java进程。适合测试
分布式 cluster模式多台机器每个角色运行在不同的机器上生产测试都可以
高可用HA模式在分布式的模式下给主角色设置备份角色实现了容错的功能解决了单点故障保证集群持续可用性。

namennode的格式化方式命令是什么？多次格式问题如何解决？

您的答案

hdfs namenode -format
多次格式数据会丢失，需要关闭hdfs，删除 DataNode 的存储目录，再重新启动

参考答案

再node1节点也就是namenode节点，执行格式化命令。命令: hadoop namenode -format,注意，命令仅执行一次。如果出现多次格式，那么删除每台机器上hadoop.tmp.dir配置指定的文件夹/export/data/hadoop-3.3.0后，重新进行format格式化。

请描述HDFS中包含那些特性，都有那些作用？

您的答案

采用主从架构
- 主节点为namenode，负责管理命名空间、存储元数据
文件分块存储，可以将任意大的文件拆分成默认128mb大小的文件块存储
多副本存储，将每个块默认存三份保障数据的安全不丢失
一次写入多次读取，不具备文件修改功能

参考答案

master|slaves 主从架构

主角色：namenode  管理维护着元数据：目录树结构 文件 大小 副本 备份 位置信息
从角色：datanode  存储着最终的数据块

分块存储

  物理上把文件分开了。
  
  block size =128M  134217728   hadoop2.x (hadoop1.x 64M)
  
  e.g:
      1.txt 300M
          blk-1  0--128
          blk-2  128-256
          blk-3  256-300
      
      2.txt 100M
          blk-4  0--100

副本机制

  默认是3副本。
  
  1+2=3  本身一份 额外两份 最终3副本。

namespace 名字空间命名空间

  #namespace即“命名空间”，也称“名称空间” 
  
  层次感结构  兼顾传统对应文件系统的认知  目录树结构
  用户可以针对目录树进行文件夹、文件的增删改查。
  统一的抽象目录树。

metadata 元数据

  元数据：记录数据的数据 描述性数据、解释性数据
  
  对于HDFS来说，目录结构及文件分块位置信息叫做元数据。
  元数据是有namenode维护的。

write one read many

  hdfs的模式是一次写入多次读取  
  hdfs没有随机修改编辑的操作  只能对已有的数据进行追加。
  设计目标是这么决定的。
  
  侧重于数据吞吐量 不注重实时交互性  意味着hdfs操作延迟很高。

通过HDFS指令完成如下需求：

centos本地创建文件itheima.txt，itcast.txt，boxuegu.txt，分别写入itheima，itcast，boxuegu三段文本内容，将boxuegu.txt上传至HDFS，后将itheima.txt和itcast.txt中的内容，追加在boxuegu.txt文本内容后。

您的答案

[root@node1 ~]# echo 123 > itheima.txt
[root@node1 ~]# echo 123 > itcast.txt
[root@node1 ~]# echo 123 > boxuegu.txt
[root@node1 ~]# hadoop fs -put boxuegu.txt /
[root@node1 ~]# hadoop fs -appendToFile itheima.txt itcast.txt /boxuegu.txt

参考答案

[root@node3 ~]# echo itheima >> itheima.txt
[root@node3 ~]# echo itcast >> itcast.txt
[root@node3 ~]# echo boxuegu >> boxuegu.txt

[root@node3 ~]# hadoop fs -put boxuegu.txt /
[root@node3 ~]# hadoop fs -appendToFile itheima.txt itcast.txt /boxuegu.txt

请描述NameNode的作用。

您的答案

namenode是hdfs的主角色，负责控制存储在datanode中的数据的读取写入备份等工作
namenode负责和datanode保持通信，接受在datanode启动时汇报的持有块列表，某个datanode意外断开会自动安排其他datanode进行副本复制
定期接受datanode的心跳确保集群的datanode节点存活

参考答案

NameNode是HDFS的核心。
NameNode也称为Master。（必答，不答扣分）
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。（必答，不答扣分）
NameNode不存储实际数据或数据集。（必答，不答扣分）
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。（必答，不答扣分）
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。（必答，不答扣分）
NameNode对于HDFS至关重要，当NameNode关闭时，HDFS / Hadoop集群无法访问。
NameNode是Hadoop集群中的单点故障。（必答，不答扣分）
NameNode所在机器通常会配置有大量内存（RAM）。

请描述HDFS上传文件流程（要求图文并茂）。

client提交上传文件请求，通过rpc协议与namenode建立通讯
namenode根据配置文件进行block分配并发送给client，默认是所有块存三个副本
- 如果写请求所在机器有datanode，则在本地存一份
- 第二份存放于另一个机架
- 第三份存放于另一个机架的不同节点中
数据上传过程：文件拆分的每一个块都会完整执行以下的步骤上传
- 管道建立：client根据namenode给出的datanode的拓扑距离选择最近且心跳不超时的datanode（A），通过rpc调用建立管道pipeline，A接收到请求继续建立管道A→B，B接着建立管道B→C
- 数据传输：将块数据拆分成packet（默认64k），一个一个packet向A传输，A收到后传给B，B收到后传给C，在A每传一个packet会放入一个应答队列等待应答
- 命令正确应答：在packet传输到C后，C沿管道反方向发送ack（命令正确应答），最终ack由A发送给client，代表这个块传输完毕
- 下一个块的传输：重复上述流程

章测评3

什么是NameNone安全模式，为什么会有NameNone安全模式？

您的答案

NameNode是对HDFS的数据的一种保护机制，在NameNode开启安全模式以后HDFS文件系统的文件只能读取不能写入。当HDFS启动初期NameNode会自动开启安全模式，等待一段时间集群健康启动后会自动关闭安全模式。另外安全模式也可以由管理员手动启动，用来维护、控制文件系统

参考答案

1，安全模式（safe mode）是HDFS集群处于一种保护状态，文件系统只可以读，不可以写。

2，安全模式是HDFS所处的一种特殊状态，在这种状态下，文件系统只接受读数据请求，而不接受删除、修改等变更请求，是一种保护机制，用于保证集群中的数据块的安全性。

在NameNode主节点启动时，HDFS首先进入安全模式，集群会开始检查数据块的完整性。DataNode在启动的时候会向namenode汇报可用的block信息，当整个系统达到安全标准时，HDFS自动离开安全模式。

假设我们设置的副本数（即参数dfs.replication）是5，那么在Datanode上就应该有5个副本存在，假设只存在3个副本，那么比例就是3/5=0.6。在配置文件hdfs-default.xml中定义了一个最小的副本的副本率（即参数dfs.namenode.safemode.threshold-pct）0.999。

我们的副本率0.6明显小于0.99，因此系统会自动的复制副本到其他的DataNode,使得副本率不小于0.999.如果系统中有8个副本，超过我们设定的5个副本，那么系统也会删除多余的3个副本。

如果HDFS处于安全模式下，不允许HDFS客户端进行任何修改文件的操作,包括上传文件，删除文件，重命名，创建文件夹,修改副本数等操作。

请简述SecondaryNameNode实现checkpoint的流程？（要求图文并茂）

您的答案

namenode创建一个新的编辑日志
将旧编辑日志和文件系统镜像发给secondlynamenode（SNN）
SNN将文件系统镜像加载到内存
将发过来的编辑日志再执行一遍，此时数据合并完成
到处新的文件系统镜像
将新镜像发送到namenode

参考答案

1、当触发checkpoint操作条件时，SNN发送请求给NN滚动edits log，然后NN会生成一个新的编辑日志文件：edits new，便于记录后续操作记录。

2、SNN会将旧的edits log文件和上次fsimage复制到自己本地（使用HTTP GET方式）。

3、SNN首先将fsimage载入到内存，然后一条一条地执行edits文件中的操作，使得内存中的fsimage不断更新，这个过程就是edits和fsimage文件合并。合并结束，SNN将内存中的数据dump生成一个新的fsimage文件。

4、SNN将新生成的Fsimage new文件复制到NN节点。至此刚好是一个轮回，等待下一次checkpoint触发SecondaryNameNode进行工作，一直这样循环操作。