第1篇 核心原理篇
第1章 HDFS歷史延展/
1.1 分布式與文件繫統/
1.1.1 分布式文件繫統部署架構/
1.1.2 繫統性能的影響因素/
1.2 HDFS設計及實現思想/
1.2.1 HDFS發展歷史/
1.2.2 HDFS特性/
1.2.3 HDFS服務視圖/
1.2.4 HDFS架構/
1.3 小結/
第數據架構/
2.1 內存Tree設計/
2.1.1 Namenode介紹/
2.1.2 Namenode啟動/
2.1.3 meta視圖/
2.1.4 FsDirectory和INodeMap/
2.1.5 文件維護/
2.2 FsImage和Edit Log/
2.2.1 FsImage分析/
2.2.2 Edit Log分析/
2.3 meta更新/
2.3.1 內存結構Update/
2.3.2 拓展：鎖優化/
2.4 小結/
第3章 數據管理/
3.1 Namespace/
3.1.1 Namespace概況/
3.1.2 Namenode與Namespace/
3.1.3 DataNode與Namespace/
3.2 Slave節點/
3.2.1 Heartbeat機制/
3.2.2 FsDataset和DataStorage/
3.2.3 DataNode檢查器/
3.2.4 存儲類型/
3.2.5 拓展：NVDIMM/
3.3 Topology(Rack) Awareness/
3.3.1 Topology Awareness在分布式存儲中的意義/
3.3.2 Topology Awareness在HDFS中實現/
3.3.3 Topology改進/
3.4 小結/
第4章 Block與副本/
4.1 理解Block/
4.1.1 Block構成解析/
4.1.2 副本存儲解析/
4.2 Block狀態管理/
4.2.1 UnderConstruction/
4.2.2 Committed/
4.2.3 Complete/
4.2.4 UnderRecovery/
4.2.5 Block狀態小結/
4.3 副本狀態管理/
4.3.1 RBW/
4.3.2 finalized/
4.3.3 RWR/
4.3.4 RUR/
4.3.5 Temporary/
4.3.6 副本狀態小結/
4.4 Block管理/
4.4.1 無效Block/
4.4.2 損壞Block/
4.4.3 缺失與冗餘Block/
4.4.4 Block Recovery/
4.5 副本策略/
4.5.1 位置策略/
4.5.2 選盤(Volume)策略/
4.5.3 選盤策略改進/
4.6 小結/
第5章 通信與訪問/
5.1 HDFS RPC/
5.1.1 Protocol Buffers介紹/
5.1.2 RPC架構/
5.1.3 非冪等訪問/
5.2 文件寫入/
5.2.1 數據包(packet)與Pipeline/
5.2.2 數據寫入/
5.2.3 Lease管理與pipeline Recovery/
5.3 數據訪問/
5.3.1 文件讀剖析/
5.3.2 short-circuit/
5.3.3 讀寫策略改進/
5.4 小結/
第6章 HA和QJM/
6.1 HA發展路徑/
6.2 Quorum Journal Manager/
6.2.1 分布式一致性原理/
6.2.2 Edit共享存儲繫統/
6.2.3 QJM架構設計/
6.2.4 Edit Recovery/
6.3 HA原理/
6.3.1 ZKFC解析/
6.3.2 HA隔離機制/
6.3.3 Multi-Standby特性/
6.3.4 HA優化及改進/
6.4 小結/
第7章 緩存/
7.1 分布式繫統緩存設計/
7.1.1 本地緩存/
7.1.2 分布式緩存/
7.2 集中式緩存管理/
7.2.1 原理介紹/
7.2.2 緩存調度/
7.2.3 DataNode緩存原理/
7.2.4 Cache&Uncache場景/
7.3 緩存實踐場景及改進/
7.3.1 實踐場景介紹/
7.3.2 集中式緩存V2/
7.4 小結/
第2篇 拓展與實踐篇
第8章 集群拓展/
8.1 水平拓展/
8.1.1 水平拓展策略及實踐/
8.1.2 Router-Based Federation/
8.2 垂直伸縮/
8.2.1 垂直伸縮策略及實踐/
8.2.2 HDFS Quotas/
8.3 多Namespace業務規劃/
8.4 小結/
第9章 數據分層/
9.1 存儲分層的意義/
9.2 HDFS存儲分層/
9.2.1 冷熱集群分層管理/
9.2.2 異構分層存儲/
9.2.3 動態感知數據類型/
9.3 糾刪碼（Erasure Coding）/
9.3.1 EC使用介紹/
9.3.2 常見EC算法介紹/
9.3.3 EC讀寫解析/
9.4 數據遷移/
9.4.1 DistCp遷移/
9.4.2 FastCopy遷移/
9.5 小結/
第10章 監控、多租戶和數據湖/
10.1 大數據監控/
10.1.1 基礎設施監控采集/
10.1.2 故障自愈/
10.2 多租戶與認證/
10.2.1 多租戶存儲規劃/
10.2.2 基於Kerberos的認證/
10.2.3 基於Delegation Token的認證/
10.3 HDFS與Data Lakes/
10.4 小結/

在數據規模爆炸式增長的今天，復雜的業務場景對數據的使用提出了更高的要求，數據需具備良好的容錯能力，集群服務應擁有健壯的穩定性。 Hadoop HDFS自誕生至今，一直都是大數據領域事實上的分布式存儲基座，已經得到眾多企業支持，包括Cloudera、Uber、騰訊、美團、等。據了解，不少生產環境集群節點達到萬臺以上，可以輕松應對多場景業務類型的訪問。在開源社區，HDFS始終保持較高關注度，版本迭代也很快。至本書撰寫前夕，Hadoop版本已經來到3.4。榮幸之至，作者也貢獻了部分feature。
由於工作的關繫，作者日常接觸到不少和集群有關的問題，慢慢地也有了一些經驗積累。這裡分享幾個編寫本書的初衷：
雖然HDFS已經被廣泛應用於大數據領域，且直接或間接從事和HDFS有關的人員很多，如研發工程師、運維工程師，但大多數人對HDFS這款分布式繫統的認識隻停在“熟悉”的階段，還遠未達到“理解”的程度，因此迫切需要一本既有廣度、又兼顧深度的指導書籍。
作者此前專職從事過較長時間和HDFS有關的研發與運維工作，也正是在這段時期提升了自己分布式繫統架構設計的能力，同時還掌握了較為豐富的一線集群管理經驗。希望能夠將這些總結和個人的理解分享給讀者。
盡管市面上存在一些和Hadoop相關的圖書，但調研後發現大多數書中內容較淺，缺乏廣度和繫統性。希望本書可以彌補這些遺憾。

1. 讀者對像

本書適合以下讀者閱讀。
 1）大數據從業者，如中高級開發人員、架構師、技術經理。
 2）想要繫統學習分布式架構設計的技術人員和運維人員。
 3）想要提高分布式繫統研發水平的人員。
 4）目前在雲計算領域工作，想要拓寬自己技術能力的專業人員。
 5）在高校學習的研究生，或有一定基礎的高年級本科生。

2. 本書特色

（1）技術點繫統、全面
本書以Hadoop HDFS主流的版本為基準，選擇由淺入深的方式，全面細致地介紹了構成分布式存儲繫統的各項關鍵組成部分。為照顧到不同層次的讀者，每章都配置了原理解析、流程分析圖，以及必要的實踐指導。
（2）具備較高的實用指導價值
在編寫本書前，作者收集了很多行業內從業者在集群維護過程中遇到的痛點。書中選用的案例均來源於現實或非常典型的案例，對應的解題思路和實踐方案均得到驗證，具有很強的實用性，方便讀者查閱和參考。
（3）技術啟發性強
一本好的技術書籍，不應局限於介紹產品本身，還應與讀者產生共鳴，這也是作者希望看到的。作者在這裡提醒讀者，在閱讀本書時要留意兩點：一是注意不同章節間的關聯；二是留意每章後面的拓展改進部分。

3. 本書內容

本書分為兩大篇，共10章。
第1章介紹成熟的分布式繫統架構框架及其影響因素、Hadoop HDFS發展歷史、組件特色和包含的主要模塊。
第2數據數據信息、結構分析、拓展優化等。
第3章介紹HDFS管理存儲數據的方法，涉及眾多的內部運行原理、Namespace服務、數據節點服務等一些非常關鍵的部分。
第4章介紹Block和副本。詳細介紹了HDFS是如何管理它們及生命周期、數據自愈等。可以說理解了本章內容，就充分了解了數據在HDFS繫統中的存在方式。
第5章介紹Client與不同節點服務的通信原理，以及數據讀寫流程。
第6章介紹高可用機制，包括QJM和HA實現原理、ZKFC服務、隔離機制，以及可改進的方法。
第7章介紹緩存在分布式繫統中的實現方法，列舉了一些適用緩存的場景及後續版本的迭代計劃。
第8章介紹在使用過程中拓展集群的方法。詳細說明了水平拓展、垂直伸縮的策略及參考實現，非常具有實用指導價值。
第9章介紹想要實現合理的數據分層是如何做到的。這部分知識是超大集群維護過程中必須掌握的。
第10章介紹如何高效建設集群監控體繫、多租戶管控方法等。此外，還介紹了當下非常有價值的發展方向——Data Lakes。

4. 如何閱讀本書

 對於沒有接觸過分布式繫統或大數據領域的讀者，建議按照順序從第1章開始閱讀。
 對於了解過Hadoop部分原理的運維人員或初級開發者，建議也按照順序從第1章開始閱讀，這對於全面了解HDFS很有益處。
 對於做過HDFS相關研發的中高級開發者，可選擇從第2章開始閱讀。
本書是按照由淺入深的方式編寫的，讀者在閱讀過程中，尤其是閱讀本書後面的章節時，應該加入自己的思考，這樣纔可以達到事半功倍的學習效果。

5. 勘誤與支持

創作須始終保持嚴謹的態度，作者每完成一章都會反復核驗。奈何水平有限，書中難免會出現不足之處，在此懇請讀者批評指正。讀者如在書中遇到需要解答的地方，歡迎發送郵件至zhujh.inx@gmail.com，作者將盡可能回復每一封郵信。期待能夠得到讀者的真摯反饋！

6. 致謝

感謝機械工業出版社的張淑謙老師在這一年多的時間裡始終支持我的寫作，並給予了非常多的幫助和建議。沒有他的鼓勵和幫助，這本書不會那麼順利完成。
感謝Apache社區的小伙伴，是你們讓我學到更多。
後，感謝所有支持、鼓勵和幫助過我的人。謹以此書獻給我親愛的家人、朋友們！


祝江華

2022年初鼕於杭州