第1关：HDFS文件读写流程

### HDFS 文件读写操作流程详解

#### 一、HDFS 写入文件流程

当客户端需要上传文件到 HDFS 中时，会经历一系列复杂的交互过程以确保数据的安全性和可靠性。

1. 客户端调用 `create()` 方法创建新文件并发送请求至 NameNode。NameNode 检查目标路径是否存在以及是否有权限执行此操作；如果允许，则会在命名空间内创建相应记录，并返回成功消息给客户端[^1]。

2. 接下来，客户端开始分块处理待上传的数据流，每一块被称为一个“包”(packet)，多个 packet 组成 block 数据单元。对于每一个新的 block，在正式传输之前，客户端再次联系 NameNode 请求获取适合存储该部分副本的目标 DataNodes 列表。此时，NameNode 基于集群拓扑结构（如机架感知策略），选取最优的一组 DataNodes 来保存这些即将到达的数据副本[^4]。

3. 得到了具体位置之后，客户端按照指定顺序依次连接各个选定的 DataNodes 并建立管道(pipe)用于实际传送block内容。值得注意的是，在整个过程中并非等到全部数据都准备好才一次性发出，而是边生产边传递——每当积累了一定量级的小型 packets 后就会立即送往下一个节点继续接力直到完成整个 block 的转移工作。

4. 当前负责接收的新加入者除了要妥善保管好自己那份拷贝外还需确认其他成员也已同步完毕才能反馈最终状态回溯至上一层级直至最初的发起方知晓一切正常结束此次事务。

from hdfs import InsecureClient

client = InsecureClient('http://namenode_address:port', user='your_username')
with client.write('/path/to/remote/file') as writer:
    writer.write(b'Some data to write into the file.')

#### 二、HDFS 读取文件流程

为了高效地访问分布式环境下的大体量静态资源，HDFS 设计了一套独特的机制来优化读取性能：

1. 用户应用程序通过 DistributedFileSystem 对象向 NameNode 发起关于特定文件的信息查询命令。后者依据内部维护着有关所有文件分布状况的知识库迅速定位出构成所求对象的所有 fragment 所处的确切物理地址集合。

2. 获取到确切的位置信息后，系统尝试从最接近用户的那台机器那里拉取所需片段的内容。这里所说的“近”，既可以理解为网络延迟意义上的地理邻近度，也可以指代计算能力上的优势地位等因素综合考量的结果[^2]。

3. 负责提供服务的那个 DataNode 开始逐个 Packet 地向外推送其上承载的有效载荷。与此同时，它还会附加额外的 checksum 字段用来辅助后续环节做完整性验证之用。

4. 远程主机接收到传来的 byte 流以后并不会立刻提交入库，而是暂时存放在临时缓冲区内等待进一步加工整理。一旦累积够一定规模便会触发一轮批量化的持久化动作，从而实现真正意义上对本地磁盘空间占有权的实际变更。

from hdfs import InsecureClient

client = InsecureClient('http://namenode_address:port', user='your_username')

with client.read('/path/to/remote/file') as reader:
    content = reader.read()
print(content.decode())