HDFS 采用的是 Master/Slave 架构，一个 HDFS 集群包含一个单独的 NameNode 和多个 DataNode 节点
NameNode 负责管理整个分布式系统的元数据，主要包括：
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目录树结构；
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文件到数据库 Block 的映射关系；
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Block 副本及其存储位置等管理数据；
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DataNode 的状态监控，两者通过段时间间隔的心跳来传递管理信息和数据信息，通过这种方式的信息传递，NameNode 可以获知每个 DataNode 保存的 Block 信息、DataNode 的健康状况、命令 DataNode 启动停止等（如果发现某个 DataNode 节点故障，NameNode 会将其负责的 block 在其他 DataNode 上进行备份）。
这些数据保存在内存中，同时在磁盘保存两个元数据管理文件：fsimage 和 editlog。
- fsimage：是内存命名空间元数据在外存的镜像文件；
- editlog：则是各种元数据操作的 write-ahead-log 文件，在体现到内存数据变化前首先会将操作记入 editlog 中，以防止数据丢失。
这两个文件相结合可以构造完整的内存数据。
Secondary NameNode 并不是 NameNode 的热备机，而是定期从 NameNode 拉取 fsimage 和 editlog 文件，并对两个文件进行合并，形成新的 fsimage 文件并传回 NameNode，这样做的目的是减轻 NameNod 的工作压力，本质上 SNN 是一个提供检查点功能服务的服务点。
负责数据块的实际存储和读写工作，Block 默认是64MB（HDFS2.0改成了128MB），当客户端上传一个大文件时，HDFS 会自动将其切割成固定大小的 Block，为了保证数据可用性，每个 Block 会以多备份的形式存储，默认是3份。
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Active NameNode 和 Standby NameNode：两台 NameNode 形成互备，一台处于 Active 状态，为主 NameNode，另外一台处于 Standby 状态，为备 NameNode，只有主 NameNode 才能对外提供读写服务；
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ZKFailoverController（主备切换控制器，FC）：ZKFailoverController 作为独立的进程运行，对 NameNode 的主备切换进行总体控制。ZKFailoverController 能及时检测到 NameNode 的健康状况，在主 NameNode 故障时借助 Zookeeper 实现自动的主备选举和切换（当然 NameNode 目前也支持不依赖于 Zookeeper 的手动主备切换）；
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Zookeeper 集群：为主备切换控制器提供主备选举支持；
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共享存储系统：共享存储系统是实现 NameNode 的高可用最为关键的部分，共享存储系统保存了 NameNode 在运行过程中所产生的 HDFS 的元数据。主 NameNode 和备 NameNode 通过共享存储系统实现元数据同步。在进行主备切换的时候，新的主 NameNode 在确认元数据完全同步之后才能继续对外提供服务。
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DataNode 节点：因为主 NameNode 和备 NameNode 需要共享 HDFS 的数据块和 DataNode 之间的映射关系，为了使故障切换能够快速进行，DataNode 会同时向主 NameNode 和备 NameNode 上报数据块的位置信息。