HDFS存储架构主要由三部分组成：NameNode，DataNode，Client
NameNode
- Namenode 是一个中心服务器，单一节点（简化系统的设计和实现），负责管理文件系统的名字空间(namespace)以及客户端对文件的访问。
- 文件操作，NameNode 负责文件元数据的操作，DataNode负责处理文件内容的读写请求，跟文件内容相关的数据流不经过NameNode，只会询问它跟那个DataNode联系，否则NameNode会成为系统的瓶颈。
- 副本存放在哪些DataNode上由 NameNode来控制，根据全局情况做出块放置决定，读取文件时NameNode尽量让用户先读取最近的副本，降低带宽消耗和读取时延
- Namenode 全权管理数据块的复制，它周期性地从集群中的每个Datanode接收心跳信号和块状态报告(Blockreport)。接收到心跳信号意味着该Datanode节点工作正常。块状态报告包含了一个该Datanode上所有数据块的列表。
DataNode:
- 一个数据块在DataNode以文件存储在磁盘上，包括两个文件，一个是数据本身，一个是元数据包括数据块的长度，块数据的校验和，以及时间戳
- DataNode启动后向NameNode注册，通过后，周期性（1小时）的向NameNode上报所有的块信息。
- 心跳是每3秒一次，心跳返回结果带有NameNode给该DataNode的命令如复制块数据到另一台机器，或删除某个数据块。如果超过10分钟没有收到某个DataNode 的心跳，则认为该节点不可用。
- 集群运行中可以安全加入和退出一些机器
Client
- 客户端，系统使用者，调用HDFS API操作文件;与NameNode交互获取文件元数据;与DataNode交互进行数据读写。
读文件流程
（1）打开分布式文件
调用 分布式文件 DistributedFileSystem.open()方法
（2）从 NameNode 获得 DataNode 地址
DistributedFileSystem 使用 RPC 调用 NameNode，NameNode 返回存有该副本的 DataNode 地址，DistributedFileSystem 返 回一个输入流 FSDataInputStream对象，该对象封存了输入流 DFSInputStream
（3）连接到DataNode
调用 输入流 FSDataInputStream 的 read() 方法，从而 输入流 DFSInputStream 连接 DataNodes
（4）读取DataNode
反复调用 read()方法，从而将数据从 DataNode 传输到客户端
（5）读取另外的DataNode直到完成
到达块的末端时候，输入流 DFSInputStream 关闭与DataNode 连接， 寻找下一个 DataNode
（6）完成读取，关闭连接
即调用输入流 FSDataInputStream.close()
写文件流程
（1）发送创建文件请求：调用分布式文件系统DistributedFileSystem.create()方法
（2）NameNode中创建文件记录：分布式文件系统DistributedFileSystem 发送 RPC 请求给namenode，namenode 检查权限后创建一条记录，返回输出流 FSDataOutputStream，封装了输出流 DFSOutputDtream
（3）客户端写入数据：输出流 DFSOutputDtream 将数据分成一个个的数据包，并写入内部队列。DataStreamer 根据 DataNode 列表来要求 namenode 分配适合的新块来存储数据备份。一组DataNode 构成管线(管线的 DataNode 之间使用 Socket 流式通信)
（4）使用管线传输数据：DataStreamer 将数据包流式传输到管线第一个DataNode，第一个DataNode 再传到第二个DataNode ,直到完成。
（5）确认队列：DataNode 收到数据后发送确认，管线的DataNode所有的确认组成一个确认队列。所有DataNode 都确认，管线数据包删除。
（6）关闭：客户端对数据量调用close（）方法。将剩余所有数据写入DataNode管线，并联系NameNode且发送文件写入完成信息之前等待确认。
（7）NameNode确认
（8）故障处理：若过程中发生故障，则先关闭管线， 把队列中所有数据包添加回去队列，确保数据包不漏。为另一个正常DataNode的当前数据块指定一个新的标识，并将该标识传送给NameNode, 一遍故障DataNode在恢复后删除上面的不完整数据块. 从管线中删除故障DataNode 并把余下的数据块写入余下正常的DataNode。NameNode发现复本量不足时，会在另一个节点创建一个新的复本