hadoop源码学习之namenode启动

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概述

hdfs主要包括两类节点，namenode和datanode，所以hdfs的启动也就是这两类节点的启动. namenode管理者所有的datanode信息、数据块信息等，它是整个hdfs的核心，首先要启动namenode，然后再启动datanode。

namenode格式化

namenode的class是org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.NameNode，位于hadooop-hdfs项目中，入口方法是main方法，main方法调用了静态方法createNameNode来创建namenode。

在createNameNode方法中，通过switch中的参数来判断做格式化、升级、启动等操作，代码如下：

switch (startOpt) {
      case FORMAT: {
        boolean aborted = format(conf, startOpt.getForceFormat(),
            startOpt.getInteractiveFormat());
        terminate(aborted ? 1 : 0);
        return null; // avoid javac warning
      }
      case GENCLUSTERID: {
        System.err.println("Generating new cluster id:");
        System.out.println(NNStorage.newClusterID());
        terminate(0);
        return null;
      }
      case FINALIZE: {
        System.err.println("Use of the argument '" + StartupOption.FINALIZE +
            "' is no longer supported. To finalize an upgrade, start the NN " +
            " and then run `hdfs dfsadmin -finalizeUpgrade'");
        terminate(1);
        return null; // avoid javac warning
      }
      case ROLLBACK: {
        boolean aborted = doRollback(conf, true);
        terminate(aborted ? 1 : 0);
        return null; // avoid warning
      }
      case BOOTSTRAPSTANDBY: {
        String toolArgs[] = Arrays.copyOfRange(argv, 1, argv.length);
        int rc = BootstrapStandby.run(toolArgs, conf);
        terminate(rc);
        return null; // avoid warning
      }
      case INITIALIZESHAREDEDITS: {
        boolean aborted = initializeSharedEdits(conf,
            startOpt.getForceFormat(),
            startOpt.getInteractiveFormat());
        terminate(aborted ? 1 : 0);
        return null; // avoid warning
      }
      case BACKUP:
      case CHECKPOINT: {
        NamenodeRole role = startOpt.toNodeRole();
        DefaultMetricsSystem.initialize(role.toString().replace(" ", ""));
        return new BackupNode(conf, role);
      }
      case RECOVER: {
        NameNode.doRecovery(startOpt, conf);
        return null;
      }
      case METADATAVERSION: {
        printMetadataVersion(conf);
        terminate(0);
        return null; // avoid javac warning
      }
      case UPGRADEONLY: {
        DefaultMetricsSystem.initialize("NameNode");
        new NameNode(conf);
        terminate(0);
        return null;
      }
      default: {
        DefaultMetricsSystem.initialize("NameNode");
        return new NameNode(conf);
      }
    }

namenode启动之前需要先进行格式化操作，格式化的主要目的就是初始化namenode的数据目录，初始化集群的id、版本等，会在配置的目录写入相应的属性文件.

格式化的主要方法是namenode中的format方法，在这里主要从配置文件中读取相应的配置，做一些相应的检查，然后构造了两个hdfs非常核心的类FSImage、FSNamesystem。

（ FSImage：在硬盘中存储着hdfs系统的元数据，保存着在某一个时刻hdfs的镜像，后续的各种实时的操作记录在FSEditLog类中。

FSNamesystem ：FSNamesystem does the actual bookkeeping work for the DataNode，这个注释很好的解释了FSNamesystem的功能

）

FSImage fsImage = new FSImage(conf, nameDirsToFormat, editDirsToFormat);
    try {
      FSNamesystem fsn = new FSNamesystem(conf, fsImage);
      fsImage.getEditLog().initJournalsForWrite();

      if (!fsImage.confirmFormat(force, isInteractive)) {
        return true; // aborted
      }

      fsImage.format(fsn, clusterId);
    } catch (IOException ioe) {
      LOG.warn("Encountered exception during format: ", ioe);
      fsImage.close();
      throw ioe;
    }

最后调用了FSImage#format方法进行格式化操作

void format(FSNamesystem fsn, String clusterId) throws IOException {
    long fileCount = fsn.getTotalFiles();
    // Expect 1 file, which is the root inode
    Preconditions.checkState(fileCount == 1,
        "FSImage.format should be called with an uninitialized namesystem, has " +
        fileCount + " files");
    NamespaceInfo ns = NNStorage.newNamespaceInfo();
    LOG.info("Allocated new BlockPoolId: " + ns.getBlockPoolID());
    ns.clusterID = clusterId;
    
    storage.format(ns);//进行namenode所有的目录的格式化，写属性文件
    editLog.formatNonFileJournals(ns);//初始化编辑日志
    saveFSImageInAllDirs(fsn, 0);//初始化fsimage
  }

namenode的启动

整体流程

namenode的启动是直接进入了了上述switch中的default选项，使用配置文件调用构造方法构造了namenode对象

在构造方法中，首先进行了一系列的赋值操作，然后调用initialize(Configuration conf)来初始化namenode

首先通过startHttpServer来启动一个web服务器，我们可以通过这个web服务器来查询hdfs的各种使用情况，其次用loadNamesystem(conf)从磁盘加载元数据到内存中，然后 rpcServer = createRpcServer(conf);来初始化namenode的rpc服务。最后startCommonServices(conf);来启动服务，这个时候namnode的各项服务就初始化完成了。

服务启动流程详解

通过FSNamesystem中的startCommonServices方法来启动服务 namesystem.startCommonServices(conf, haContext); 然后调用了org.apache.hadoop.hdfs.server.blockmanagement.BlockManager.activate(Configuration)

public void activate(Configuration conf) {
    pendingReplications.start();
    datanodeManager.activate(conf);
    this.replicationThread.start();
    this.blockReportThread.start();
  }

pendingReplications

pendingReplications.start()构造了一个PendingReplicationMonitor线程并且启动， PendingReplicationMonitor的功能参考以下注释

/*
   * A periodic thread that scans for blocks that never finished
   * their replication request.
   */
  class PendingReplicationMonitor implements Runnable {
      .................
  }

datanodeManager

datanodeManager.activate(conf);启动了监控线程和心跳处理线程

void activate(final Configuration conf) {
    decomManager.activate(conf);
    heartbeatManager.activate(conf);
  }

replicationThread

初始化副本的监控线程ReplicationMonitor并启动

blockReportThread

初始化块处理线程，对datanode上报的数据块进行处理，此线程为后台线程 setDaemon(true);