Hadoop Distributed File System

1. نظام ملفات هادوب الموزع

نظام ملفات هادوب الموزع (HDFS) هو نظام ملفات مصمم لتخزين مجموعات بيانات كبيرة بشكل موثوق وقابل للتطوير على مجموعات من أجهزة السلع. يعتبر جزءًا أساسيًا من إطار عمل هادوب، وهو أساس العديد من تطبيقات معالجة البيانات الضخمة. يهدف HDFS إلى توفير وصول عالي النطاق الترددي للبيانات، وهو أمر بالغ الأهمية لتطبيقات مثل خريطة وتقليل، و سبارك، وغيرها من أدوات معالجة البيانات الضخمة. هذا المقال يقدم شرحًا تفصيليًا لـ HDFS، بدءًا من المفاهيم الأساسية وصولًا إلى الجوانب المتقدمة، مع التركيز على الجوانب التي تهم مطوري ومستخدمي أنظمة البيانات الضخمة.

المفاهيم الأساسية

التوزيع: HDFS هو نظام ملفات *موزع*، مما يعني أنه يقوم بتجزئة البيانات وتخزينها عبر العديد من الأجهزة (تُعرف باسم العقد) في المجموعة. هذا يتيح التخزين الأفقي، مما يسمح بزيادة سعة التخزين ببساطة عن طريق إضافة المزيد من العقد إلى المجموعة.
التكرار: لضمان موثوقية البيانات، يقوم HDFS بتكرار كل جزء من البيانات عبر عدة عقد. افتراضيًا، يتم تكرار كل كتلة بيانات ثلاث مرات، مما يعني وجود ثلاث نسخ من كل جزء من البيانات. هذا يحمي من فقدان البيانات في حالة فشل إحدى العقد.
الكتل (Blocks): يتم تقسيم البيانات في HDFS إلى كتل ثابتة الحجم. الحجم الافتراضي للكتلة هو 128 ميجابايت، ويمكن تعديله. يتيح استخدام الكتل إدارة فعالة للتخزين وتسهيل التوزيع والتكرار.
العقد (Nodes): تتكون مجموعة HDFS من نوعين رئيسيين من العقد:

   * الاسم الرئيسي (NameNode): يحتفظ بالبيانات الوصفية لجميع الملفات والمجلدات في نظام الملفات. يتضمن ذلك معلومات مثل أسماء الملفات والأذونات ومواقع الكتل.  يعمل الـ NameNode بمثابة نقطة مركزية لإدارة نظام الملفات.
   * عقد البيانات (DataNodes): تقوم بتخزين الكتل الفعلية للبيانات. تتلقى التعليمات من الـ NameNode وتقوم بتنفيذ عمليات القراءة والكتابة.

بنية نظام ملفات هادوب الموزع

تتكون بنية HDFS من المكونات التالية:

الاسم الرئيسي (NameNode): هو قلب HDFS. يحتفظ بالبيانات الوصفية لكل ملف ودليل في نظام الملفات. يقوم الـ NameNode بإدارة مساحة الاسم (namespace) ويتحكم في الوصول إلى الملفات. يستخدم الـ NameNode ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لتخزين البيانات الوصفية، مما يجعله عنق الزجاجة المحتمل في الأداء. للتغلب على ذلك، يمكن استخدام [Federation](https://hadoop.apache.org/docs/current/hadoop-hdfs/hdfs_federation.html) لتشغيل عدة NameNodes.
عقد البيانات (DataNodes): هي العقد التي تخزن البيانات الفعلية. يتم تقسيم الملفات إلى كتل (blocks) وتخزينها عبر عدة DataNodes. تقوم DataNodes بالرد على طلبات القراءة والكتابة من العملاء.
العميل (Client): هو التطبيق الذي يتفاعل مع HDFS. يمكن للعميل قراءة البيانات وكتابتها وإدارة الملفات والمجلدات. يتصل العميل بـ NameNode للحصول على البيانات الوصفية، ثم يتصل بـ DataNodes مباشرة لقراءة وكتابة البيانات.
Secondary NameNode: (تم استبداله بـ Standby NameNode في الإصدارات الحديثة): في الإصدارات القديمة من هادوب، كان الـ Secondary NameNode يساعد الـ NameNode عن طريق دمج سجل المعاملات (EditLog) مع نظام الملفات (FSImage) لإنشاء نسخة جديدة من نظام الملفات. ومع ذلك، في الإصدارات الحديثة، تم استبداله بـ Standby NameNode كجزء من بنية [HA (High Availability)](https://hadoop.apache.org/docs/current/hadoop-hdfs/hdfs_high_availability.html).
Standby NameNode: في بنية HA، يعمل Standby NameNode كمراقب للـ NameNode النشط. في حالة فشل الـ NameNode النشط، يتحول Standby NameNode تلقائيًا ليصبح نشطًا، مما يضمن استمرار توفر نظام الملفات.

مكونات نظام ملفات هادوب الموزع
المكون	الوظيفة	ملاحظات
NameNode	إدارة البيانات الوصفية، التحكم في الوصول	نقطة مركزية، يمكن أن تكون عنق الزجاجة.
DataNode	تخزين الكتل الفعلية للبيانات	تتلقى التعليمات من NameNode.
Client	التفاعل مع HDFS (قراءة، كتابة، إدارة)	يتصل بـ NameNode وDataNodes.
Standby NameNode	مراقبة NameNode النشط، التحول في حالة الفشل	جزء من بنية HA.

عمليات القراءة والكتابة

عملية الكتابة: عندما يكتب العميل ملفًا إلى HDFS، يحدث ما يلي:

   1. يتصل العميل بـ NameNode ويطلب إذنًا لإنشاء الملف.
   2. يتحقق الـ NameNode من الأذونات ويخصص مساحة اسم للملف.
   3. يقوم الـ NameNode بتحديد قائمة بـ DataNodes التي سيتم تخزين الكتل فيها.
   4. يرسل العميل البيانات إلى DataNodes.
   5. تقوم DataNodes بتكرار البيانات عبر عقد أخرى.
   6. بعد اكتمال الكتابة، يقوم الـ NameNode بتحديث البيانات الوصفية.

عملية القراءة: عندما يقرأ العميل ملفًا من HDFS، يحدث ما يلي:

   1. يتصل العميل بـ NameNode ويطلب موقع الكتل الخاصة بالملف.
   2. يقوم الـ NameNode بإرجاع قائمة بـ DataNodes التي تحتوي على الكتل.
   3. يتصل العميل بـ DataNodes ويطلب البيانات.
   4. تقوم DataNodes بإرسال البيانات إلى العميل.
   5. يقوم العميل بتجميع الكتل لتكوين الملف الأصلي.

المزايا والعيوب

المزايا:

قابلية التوسع: يمكن لـ HDFS التوسع أفقيًا عن طريق إضافة المزيد من العقد إلى المجموعة.
الموثوقية: يوفر التكرار حماية ضد فقدان البيانات.
التكلفة: يستخدم HDFS أجهزة سلع رخيصة، مما يجعله حلاً فعالاً من حيث التكلفة.
معالجة البيانات الضخمة: مصمم خصيصًا لمعالجة مجموعات البيانات الكبيرة.

العيوب:

الوصول العشوائي: لا يدعم HDFS الوصول العشوائي بكفاءة. إنه مُحسَّن للقراءة والكتابة المتسلسلة.
التعقيد: إعداد وإدارة مجموعة HDFS يمكن أن يكون معقدًا.
الأداء: يمكن أن يكون الـ NameNode عنق الزجاجة في الأداء، خاصة مع مجموعات البيانات الكبيرة جدًا.

اعتبارات الأداء

حجم الكتلة: يمكن أن يؤثر حجم الكتلة على الأداء. الكتل الأكبر تقلل من النفقات العامة للبيانات الوصفية، ولكنها قد تؤدي إلى إهدار المساحة.
عامل التكرار: يمكن أن يؤثر عامل التكرار على سعة التخزين والأداء. يؤدي زيادة التكرار إلى تحسين الموثوقية، ولكنه يزيد أيضًا من متطلبات التخزين.
موقع البيانات: يجب أن يكون موقع البيانات قريبًا من التطبيقات التي تستخدمها لتقليل زمن الوصول.
تكوين الـ NameNode: يجب تحسين تكوين الـ NameNode لضمان الأداء الأمثل.

HDFS و الخيارات الثنائية (التشابه المفاهيمي)

على الرغم من أن HDFS ونظام الخيارات الثنائية مجالان مختلفان تمامًا، إلا أنه يمكن استخلاص بعض التشابهات المفاهيمية:

**إدارة المخاطر (Risk Management):** كما أن HDFS يستخدم التكرار لتقليل مخاطر فقدان البيانات، فإن استراتيجيات الخيارات الثنائية تتضمن إدارة المخاطر من خلال تنويع الاستثمارات واستخدام أدوات مثل وقف الخسارة.
**التوزيع (Distribution):** HDFS يوزع البيانات عبر عدة عقد، بينما في الخيارات الثنائية، يمكن توزيع رأس المال عبر عدة صفقات لتقليل المخاطر.
**التحليل (Analysis):** يتطلب HDFS تحليلًا مستمرًا للأداء لتحديد الاختناقات وتحسينه. وبالمثل، تتطلب الخيارات الثنائية التحليل الفني و تحليل حجم التداول لتحديد فرص التداول المحتملة.
**المرونة (Resilience):** HDFS مصمم ليكون مرنًا في مواجهة فشل العقد، بينما يجب أن يكون المتداول في الخيارات الثنائية مرنًا وقادرًا على التكيف مع ظروف السوق المتغيرة.
**إدارة الذاكرة (Memory Management):** الـ NameNode يدير البيانات الوصفية في الذاكرة، بينما يجب على المتداول إدارة رأس المال (وهو شكل من أشكال الذاكرة المالية) بفعالية.

- استراتيجيات الخيارات الثنائية ذات الصلة:**

- مؤشرات الخيارات الثنائية ذات الصلة:**

- تحليل حجم التداول:**

- اتجاهات السوق:**

- ملاحظة هامة:** الخيارات الثنائية تنطوي على مخاطر عالية ويمكن أن تؤدي إلى خسارة رأس المال. يجب على المتداولين فهم المخاطر تمامًا قبل التداول.

مستقبل HDFS

يستمر HDFS في التطور لتلبية متطلبات معالجة البيانات الضخمة المتغيرة. تتضمن بعض التطورات الحديثة:

HDFS Federation: يسمح بتشغيل عدة NameNodes لتوسيع نطاق نظام الملفات.
HDFS HA: يوفر توافرًا عاليًا من خلال استخدام Standby NameNode.
Erasure Coding: يوفر بديلاً للتكرار التقليدي، مما يقلل من متطلبات التخزين.
HDFS Snapshots: يسمح بإنشاء نسخ للقراءة فقط من نظام الملفات.

الموارد الإضافية

موقع هادوب الرسمي: [1](https://hadoop.apache.org/)
وثائق HDFS: [2](https://hadoop.apache.org/docs/current/hadoop-hdfs/index.html)
مقدمة إلى HDFS: [3](https://www.cloudera.com/content/cloudera-platform/topics/hdfs/)

انظر أيضاً

ابدأ التداول الآن

سجّل في IQ Option (الحد الأدنى للإيداع 10 دولار) افتح حساباً في Pocket Option (الحد الأدنى للإيداع 5 دولار)

انضم إلى مجتمعنا

اشترك في قناة Telegram الخاصة بنا @strategybin لتصلك: ✓ إشارات تداول يومية ✓ تحليلات استراتيجية حصرية ✓ تنبيهات اتجاهات السوق ✓ مواد تعليمية للمبتدئين