HDFS HA(高可用)

HDFS HA

一、HA（High Availability）的使用原因

1.1 在使用 HA之前

• 单点故障(SPOF)。整个集群只有一个NameNode，如果这台部署NameNode的主机挂了，那么整个HDFS集群将会停止工作。虽然有SecondaryNameNode，但是SecondaryNameNode只是通过检查点机制来为NameNode合并edit和fsimage文件，只是起到冷备份，当NameNode挂掉后，SecondaryNameNode并不会立即代替NameNode继续工作，而是需要手动通过SecondaryNameNode上的fsimage文件来恢复NameNode，并且NameNode上edit中的操作将会丢失，导致数据不一致。

• NameNode主机升级。当部署NameNode的主机因为业务需求，需要升级硬件或者底层软件时，就需要关闭NameNode，所以HDFS也不能工作。

1.2 解决办法

• 使用两个NameNode。一个作为正在工作的NameNode，称之为Active节点；而另外一个NameNode处于备份状态，称之为Standby节点。当Active节点挂了之后，Standby节点会立即转换为Active状态，来接管集群，使HDFS正常工作。
• 这就是HDFS的高可用，即HA。对于用户来说，Standby节点的转换是无感知的。
• 注意：Standby节点会执行检查点机制，因此不再需要配置SecondaryNameNode。

二、HA的同步

2.1 JournalNode（JN）集群

• 原理：要使Standby能够立即代替Active工作，就要保持Standby和Active节点的状态一致（同步）。于是就有了 JN。JN是一个守护进程，为了防止单点故障，JN也被部署在多台主机上，于是称之为JN集群。Active和Standby节点都会跟JN进程进行通信；当Active节点执行命名空间的修改时就会将修改记录写入到大多数 JN中；Standby节点也会一直监视 JN，当发现 JN中的编辑日志(edit)发生更改时，就会将更改应用到自己的命名空间中。当Active的节点挂掉后，Standby节点在转换为Active之前会读取 JN中的所有编辑日志并应用到自己的命名空间；这样，Standby节点的命名空间就完全同步了，就可以接替之前的Active继续工作。

2.2 防止脑裂的发生

• 脑裂：由于集群中只能允许一个Active的NameNode，其他的NameNode必须为Standby状态。如果出现多个Active状态的NameNode就称之为脑裂，客户端的更新就会被两个Active的NameNode分散，从而导致数据丢失和不一致。

• 如何解决：为了防止脑裂的发生，JN一次只能允许一个NameNode写入数据，而其他NameNode只能读取数据。

2.3 关于 JournalNode

• JournalNode集群正常工作的条件：1，至少3个 JN节点，所以建议运行基数个的 JN；

  ​ 2，一半以上的 JN正常运行，可以容忍一半以下的 JN发送故障。

• 注意：为了使Standby节点能够快速工作，DataNode要配置两个NameNode的位置，并向两个NameNode发送心跳包。

• JournalNode在HA中的位置：JN是属于Hadoop的，并不是ZooKeeper中的组件。虽然Standby节点在 JN的帮助下，已经实现了命名空间的同步；但是当Active节点发生故障时，Standby节点并不会自动转换为Active，而是需要手动操作才行。于是这个时候就需要ZooKeeper集群，来实现自动容灾。

三、HA的自动容灾

PS：在这里才开始使用 ZooKeeper，来实现自动故障转移。其中主要用到ZooKeeper quorum和 ZKFailoverController（ZKFC）组件。

3.1 两个组件的作用

• ZooKeeper quorum：quorum中文意思就是大多数投票机制，启动ZooKeeper后默认就会启动；在部署的主机中就是一个 QuorumPeerMain进程。ZooKeeper提供了专门的机制来选择一个Active的NameNode，当Active发生故障后，另一个Standby节点会在ZooKeeper中采取特殊的排他锁，以指示它应该成为下一个Active的节点。而ZooKeeper内部的机制就保障了集群的一致性。

• ZKFC：ZKFC是ZooKeeper的客户端，运行NameNode的主机上都会运行一个ZKFC进程；ZKFC进程会定期ping其本地的NameNode，如果NameNode以健康状态响应，则ZKFC认为该NameNode是健康的；如果节点故障，则将其标记为不正常。如果本地Active节点正常，则它会持有一个锁定znode，该znode是一个临时节点，会话结束后会自动删除；

3.2 基于ZooKeeper的选举：

• 如果Active节点发生故障，则正常的Standby节点中的ZKFC发现目前没有其他节点持有锁定znode，那么它自己会测试获取该锁；如果成功，则它赢得了选举，并负责运行故障转移，以使其本地的NameNode由Standby转换为Active，继续工作。

具体配置文件

链接：https://pan.baidu.com/s/1VyFI3V4KzSafUJsMsrJsvQ
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