HDFS的体系框架是Master/Slave结构，一个典型的HDFS通常由单个NameNode和多个DataNode组成。NameNode是一个中心服务器，负责文件系统的名字空间的操作，比如打开、关闭、重命名文件或目录，它负责维护文件路径到数据块的映射，数据块到DataNode的映射，以及监控DataNode的心跳和维护数据块副本的个数。集群中的DataNode一般是一个节点一个，负责管理它所在节点上的存储。HDFS暴露了文件系统的名字空间，用户能够以文件的形式在上面存储数据。从内部看，一个文件其实被分成一个或多个数据块，这些块存储在一组DataNode上。DataNode负责处理文件系统客户端的读写请求。在NameNode的统一调度下进行数据块的创建、删除和复制。
所有对目录树的更新和文件名和数据块关系的修改，都必须能够持久化，文件在HDFS中存储图如图2：
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图2 文件在HDFS中的存储图
HDFS涉及到NameNode、DataNode和客户端们之间的交互。本质上，客户端与NameNode通讯是通过获取或者修改文件的元数据，与 DataNode进行实际的I/O操作。如图3所示，在HDFS中有三个重要的角色：NameNode、DataNode和Client，其中Client就是需要获取分布式文件系统文件的应用程序。
这里通过三个操作来说明他们之间的交互关系
(l)文件写入。首先Client向NameNode发起文件写入的请求，NameNode根据文件大小和文件块配置情况，返回给Client它所管理部分DataNode的信息。Client将文件划分为多个Block，根据DataNode的地址信息，按顺序写入到每一个DataNode块中。
(2)文件读取。Client向NameNode发起文件读取的请求，NameNode返回文件存储的DataNode的信息。Client根据返回的信息读取DataNode上的文件信息。
(3)文件Block复制。NameNode发现部分文件的Block不符合最小复制数或者部分DataNode失效，通知DataNode相互复制Block。DataNode收到通知后开始直接相互复制。
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图3 HDFS结构图