Hadoop技术内幕：深入解析Hadoop Common和HDFS架构设计与实现原理

　　本书主要分为三个部分。 第一部分（第1章）对如何建立Hadoop的开发、分析环境做了简单的介绍。对于Hadoop这样复杂、庞大的项目，一个好的开发环境可以让读者事半功倍地学习、研究源代码。 第二部分（第2~5章）主要对Hadoop公共工具Common的实现进行研究。分别介绍了Hadoop的配置系统、面向海量数据处理的序列化和压缩机制、Hadoop使用的远程过程调用，以及满足Hadoop上各类应用访问数据的Hadoop抽象文件系统和部分具体文件系统。 第三部分（第6~9章）对Hadoop分布式文件系统进行了详细的分析。这部分内容采用总-分-总的结构，第6章介绍了HDFS各个实体和实体间接口，第7章和第8章分别详细地研究了数据节点和名字节点的实现原理，第9章通过对客户端的解析，回顾HDFS各节点间的配合，完整地介绍了一个大规模数据存储系统的实现。 通过本书，读者不仅能全面了解Hadoop的优秀架构和设计思想，而且还能从Hadoop，特别是HDFS的实现源码中一窥Java开发的精髓和分布式系统的精要。勘误和支持 由于作者的水平有限，编写时间跨度较长，同时开源软件的演化较快，书中难免会出现一些错误或者不准确的地方，恳请读者批评指正。如果大家有和本书相关的内容需要探讨，或有更多的宝贵意见，欢迎通过caibinbupt@qq.com和我们联系，希望能结识更多的朋友，大家共同进步。书中的源代码文件可以从华章网站下载。致谢 感谢机械工业出版社华章公司的编辑杨福川和白宇，杨老师的耐心和支持让本书最终得以出版，白老师的很多建议使本书的可读性更强。 感谢腾讯数据平台部的张文郁、赵重庆和徐钊，作为本书的第一批读者和Hadoop专家，他们的反馈意见让本书增色不少。 感谢和我们一起工作、研究和应用Hadoop的腾讯数据平台部，以及IBM中国研究中心和中山大学的领导和同事们，本书的很多内容是对实际项目的总结。最后，作者向支持本书写作的家人深表谢意，感谢他们的耐心和理解。

　　蔡斌，资深Hadoop技术专家，基于Hadoop的开源项目X-RIME的作者之一。国内Hadoop应用和源代码研究领域的先驱之一，有10余年开发经验，先后任职于朗讯科技、IBM中国研究院等国内外知名企业，目前担任腾讯数据平台部的高级工程师，从事Hadoop相关技术的研究、应用和实施，实战经验非常丰富。对分布式计算、电信增值业务、网络管理等领域有深刻的认识和理解，拥有近10项发明专利，其中两项为美国专利，大部分与海量数据处理相关。近期关注海量数据的流式处理、Hadoop上的大数据应用与挖掘等。陈湘萍，北京大学计算机系博士，目前就职于中山大学，专注于Hadoop、云计算、软件中间件、模型驱动的软件工程等技术的研究和实践。拥有发明专利5项，参与1项国家电子行业标准的制定，发表学术论文10余篇。

前　言
第一部分　环境准备
第1章　源代码环境准备/ 2
1.1　什么是Hadoop / 2
1.1.1　Hadoop简史/ 2
1.1.2　Hadoop的优势/ 3
1.1.3　Hadoop生态系统/ 4
1.2　准备源代码阅读环境/ 8
1.2.1　安装与配置JDK / 8
1.2.2　安装Eclipse / 9
1.2.3　安装辅助工具Ant/ 12
1.2.4　安装类UNIX Shell环境Cygwin / 13
1.3　准备Hadoop源代码/ 15
1.3.1　下载Hadoop / 15
1.3.2　创建Eclipse项目/ 16
1.3.3　Hadoop源代码组织/ 18
1.4　小结/ 19
第二部分　Common的实现
第2章　Hadoop配置信息处理/ 22
2.1　配置文件简介/ 22
2.1.1　Windows操作系统的配置文件/ 22
2.1.2　Java配置文件/ 23
2.2　Hadoop Configuration详解/ 24
2.2.1　Hadoop配置文件的格式/ 24
2.2.2　Configuration的成员变量/ 26
2.2.3　资源加载/ 27
2.2.4　使用get*和set*访问/设置配置项/ 32
2.3　Configurable接口/ 34
2.4　小结/ 35
第3章　序列化与压缩/ 36
3.1　序列化/ 36
3.1.1　Java内建序列化机制/ 36
3.1.2　Hadoop序列化机制/ 38
3.1.3　Hadoop序列化机制的特征/ 39
3.1.4　Hadoop Writable机制/ 39
3.1.5　典型的Writable类详解/ 41
3.1.6　Hadoop序列化框架/ 48
3.2　压缩/ 49
3.2.1　Hadoop压缩简介/ 50
3.2.2　Hadoop压缩API应用实例/ 51
3.2.3　Hadoop压缩框架/ 52
3.2.4　Java本地方法/ 61
3.2.5　支持Snappy压缩/ 65
3.3　小结/ 69
第4章　Hadoop远程过程调用/ 70
4.1　远程过程调用基础知识/ 70
4.1.1　RPC原理/ 70
4.1.2　RPC机制的实现/ 72
4.1.3　Java远程方法调用/ 73
4.2　Java动态代理/ 78
4.2.1　创建代理接口/ 78
4.2.2　调用转发/ 80
4.2.3　动态代理实例/ 81
4.3　Java NIO/ 84
4.3.1　Java基本套接字/ 84
4.3.2　Java NIO基础/ 86
4.3.3　Java NIO实例：回显服务器/ 93
4.4　Hadoop中的远程过程调用/ 96
4.4.1　利用Hadoop IPC构建简单的分布式系统/ 96
4.4.2　Hadoop IPC的代码结构/ 100
4.5　Hadoop IPC连接相关过程/ 104
4.5.1　IPC连接成员变量/ 104
4.5.2　建立IPC连接/ 106
4.5.3　数据分帧和读写/ 111
4.5.4　维护IPC连接/ 114
4.5.5　关闭IPC连接/ 116
4.6　Hadoop IPC方法调用相关过程/ 118
4.6.1　Java接口与接口体/ 119
4.6.2　IPC方法调用成员变量/ 121
4.6.3　客户端方法调用过程/ 123
4.6.4　服务器端方法调用过程/ 126
4.7　Hadoop IPC上的其他辅助过程/ 135
4.7.1　RPC.getProxy()和RPC.stopProxy() / 136
4.7.2　RPC.getServer()和Server的启停/ 138
4.8　小结/ 141
第5章　Hadoop文件系统/ 142
5.1　文件系统/ 142
5.1.1　文件系统的用户界面/ 142
5.1.2　文件系统的实现/ 145
5.1.3　文件系统的保护控制/ 147
5.2　Linux文件系统/ 150
5.2.1　Linux本地文件系统/ 150
5.2.2　虚拟文件系统/ 153
5.2.3　Linux文件保护机制/ 154
5.2.4　Linux文件系统API/ 155
5.3　分布式文件系统/ 159
5.3.1　分布式文件系统的特性/ 159
5.3.2　基本NFS体系结构/ 160
5.3.3　NFS支持的文件操作/ 160
5.4　Java文件系统/ 162
5.4.1　Java文件系统API / 162
5.4.2　URI和URL / 164
5.4.3　Java输入/输出流/ 166
5.4.4　随机存取文件/ 169
5.5　Hadoop抽象文件系统/ 170
5.5.1　Hadoop文件系统API / 170
5.5.2　Hadoop输入/输出流/ 175
5.5.3　Hadoop文件系统中的权限/ 179
5.5.4　抽象文件系统中的静态方法/ 180
5.5.5　Hadoop文件系统中的协议处理器/ 184
5.6　Hadoop具体文件系统/ 188
5.6.1　FileSystem层次结构/ 189
5.6.2　RawLocalFileSystem的实现/ 191
5.6.3　ChecksumFileSystem的实现/ 196
5.6.4　RawInMemoryFileSystem的实现/ 210
5.7　小结/ 213
第三部分　Hadoop分布式文件系统
第6章　HDFS概述/ 216
6.1　初识HDFS / 216
6.1.1　HDFS主要特性/ 216
6.1.2　HDFS体系结构/ 217
6.1.3　HDFS源代码结构/ 221
6.2　基于远程过程调用的接口/ 223
6.2.1　与客户端相关的接口/ 224
6.2.2　HDFS各服务器间的接口/ 236
6.3　非远程过程调用接口/ 244
6.3.1　数据节点上的非IPC接口/ 245
6.3.2　名字节点和第二名字节点上的非IPC接口/ 252
6.4　HDFS主要流程/ 254
6.4.1　客户端到名字节点的文件与目录操作/ 254
6.4.2　客户端读文件/ 256
6.4.3　客户端写文件/ 257
6.4.4　数据节点的启动和心跳/ 258
6.4.5　第二名字节点合并元数据/ 259
6.5　小结/ 261
第7章　数据节点实现/ 263
7.1　数据块存储/ 263
7.1.1　数据节点的磁盘目录文件结构/ 263
7.1.2　数据节点存储的实现/ 266
7.1.3　数据节点升级/ 269
7.1.4　文件系统数据集的工作机制/ 276
7.2　流式接口的实现/ 285
7.2.1　DataXceiverServer和DataXceiver / 286
7.2.2　读数据/ 289
7.2.3　写数据/ 298
7.2.4　数据块替换、数据块拷贝和读数据块检验信息/ 313
7.3　作为整体的数据节点/ 314
7.3.1　数据节点和名字节点的交互/ 314
7.3.2　数据块扫描器/ 319
7.3.3　数据节点的启停/ 321
7.4　小结/ 326
第8章　名字节点实现/ 327
8.1　文件系统的目录树/ 327
8.1.1　从i-node到INode/ 327
8.1.2　命名空间镜像和编辑日志/ 333
8.1.3　第二名字节点/ 351
8.1.4　FSDirectory的实现/ 361
8.2　数据块和数据节点管理/ 365
8.2.1　数据结构/ 366
8.2.2　数据节点管理/ 378
8.2.3　数据块管理/ 392
8.3　远程接口ClientProtocol的实现/ 412
8.3.1　文件和目录相关事务/ 412
8.3.2　读数据使用的方法/ 415
8.3.3　写数据使用的方法/ 419
8.3.4　工具dfsadmin依赖的方法/ 443
8.4　名字节点的启动和停止/ 444
8.4.1　安全模式/ 444
8.4.2　名字节点的启动/ 449
8.4.3　名字节点的停止/ 454
8.5　小结/ 454
第9章　HDFS客户端/ 455
9.1　认识DFSClient / 455
9.1.1　DFSClient的构造和关闭/ 455
9.1.2　文件和目录、系统管理相关事务/ 457
9.1.3　删除HDFS文件/目录的流程/ 459
9.2　输入流/ 461
9.2.1　读数据前的准备：打开文件/ 463
9.2.2　读数据/ 465
9.2.3　关闭输入流/ 475
9.2.4　读取HDFS文件数据的流程/ 475
9.3　输出流/ 478
9.3.1　写数据前的准备：创建文件/ 481
9.3.2　写数据：数据流管道的建立/ 482
9.3.3　写数据：数据包的发送/ 486
9.3.4　写数据：数据流管道出错处理/ 493
9.3.5　写数据：租约更新/ 496
9.3.6　写数据：DFSOutputStream.sync()的作用/ 497
9.3.7　关闭输出流/ 499
9.3.8　向HDFS文件写入数据的流程/ 500
9.4　DistributedFileSystem的实现/ 506
9.5　HDFS常用工具/ 508
9.5.1　FsShell / 508
9.5.2　DFSAdmin / 510
9.6　小结/ 511