HDFS-HA的配置-----自动Failover（ZKFC）

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1、概述

    在手动FailOver的基础上，自动Failover增加了两个东西：一个是ZooKeeper集群，一个是ZKFailoverController(简称：ZKFC)

1.1  ZK集群：

    作为一个高可靠系统，能够为一小部分协同数据提供监控，将数据的更改随时反应给客户端。HDFS的HA依赖zk提供的两个特性：一个是错误监测，一个是活动节点选举

   Failure detection

   每个NN都会在ZK中注册并且持久化一个session。一旦一个NN失效了，那么这个session也将过期，那么zk将会通知其他的NN    应该发起一个Failover

   Active NameNode election

   ZK提供了一个简单的机制来保证只有一个NN是活动的。如果当前的活动NN失效了，那么另一个NN将获取ZK中的独占锁，表名自    己是活动的节点。

1.2 ZKFailoverController(ZKFC)

   作为一个ZK集群的客户端，用来监控NN的状态信息。每个运行NN的节点必须要运行一个zkfc。zkfc提供以下功能：

     Health monitoring

zkfc定期对本地的NN发起 health-check的命令，如果NN正确返回，那么这个NN被认为是OK的。否则被认为是失效节点。

    ZooKeeper session management

当本地NN是健康的时候，zkfc将会在zk中持有一个session。如果本地NN又正好是active的，那么zkfc还有持有一个"ephemeral"的节点作为锁，一旦本    地NN失效了，那么这个节点将会被自动删除。

         ZooKeeper-based election

如果本地NN是健康的，并且zkfc发现没有其他的NN持有那个独占锁。那么他将试图去获取该锁，一旦成功，那么它就需要执行Failover，然后成为active的NN节点。Failover的过程是：第一步，对之前的NN执行fence，如果需要的话。第二步，将本地NN转换到active状态。

2、ZK集群配置    

  考虑到zk集群的需要的资源不是很多，一般都建议将NN和ZK节点部署在同一个机器上。但是一般都希望将ZK的数据和HDFS的meta数据分放在不同的物理盘上。这样即能保证数据的隔离又能保证性能。一般来说，ZK需要配置三五个节点足矣，下面详述ZK集群配置及启动

1、下载ZK： http://hadoop.apache.org/zookeeper/releases.html

2、创建一个任意名字的File文件，配置如下参数：

tickTime=2000
dataDir=/home/ziang/DfsDataDir/zookeeper
clientPort=31315
initLimit=5
syncLimit=2
server.1=dw13:31316:31317
server.2=dw14:31316:31317
server.3=dw23:31316:31317
由于ZK集群中每个节点都需要知道其他节点的信息，所以server.id=host:port:port就是为了完成这个任务的。其中个server.id这个参数由用户分配给每个zk节点并放置在dataDir目录下的myid文件中。

3、myid文件只有一行，内面是一个1-255的数字，必须保证唯一。如server 1的myid文件内保存“1”就够了。

4、在每个zk的部署机器上配置好各个配置项到配置文件：

mkdir -p /home/ziang/DfsDataDir/zookeeper/logs && mkdir -p /home/ziang/DfsDataDir/zookeeper/ && echo 1 >/home/ziang/DfsDataDir/zookeeper/myid          

mkdir -p /home/ziang/DfsDataDir/zookeeper/logs && mkdir -p /home/ziang/DfsDataDir/zookeeper/ && echo 2 >/home/ziang/DfsDataDir/zookeeper/myid          

mkdir -p /home/ziang/DfsDataDir/zookeeper/logs && mkdir -p /home/ziang/DfsDataDir/zookeeper/ && echo 3 >/home/ziang/DfsDataDir/zookeeper/myid

5、启动ZK集群，在每个zk的部署机器上运行

export ZOO_LOG_DIR=/home/ziang/DfsDataDir/zookeeper/logs&& sh bin/zkServer.sh start

6、测试集群的正确性

java -cp zookeeper-3.3.5.jar:lib/log4j-1.2.15.jar:conf:lib/jline-0.9.94.jar   org.apache.zookeeper.ZooKeeperMain -server 127.0.0.1:31315   

或者

sh zkCli.sh -server 127.0.0.1:31315

          

3、HDFS相关配置

完成了ZK的配置之后，剩下就配置HDFS了

1、在core-site.xml中，配置：

    
     ha.zookeeper.quorum.hdpcdh4    
     dw13:31315,dw14:31315,dw23:31315
  

下面两个为了安全性，可选的。

     ha.zookeeper.auth
     @/path/to/zk-auth.txt


     ha.zookeeper.acl
     @/path/to/zk-acl.txt

2、在hdfs-site.xml中，配置：

     dfs.ha.automatic-failover.enabled.hdpcdh4

     true

下面也是可选的：

     ha.zookeeper.parent-znode

     /hadoop-ha

4、相关初始化

完成上述配置之后，就可以开始进行初始化了。进行初始化的时候，必须保证zk集群已经启动了。

1、在ZK中创建znode来存储automatic Failover的数据，任选一个NN执行完成即可：

sh bin/hdfs zkfc -formatZK

2、启动zkfs，在所有的NN节点中执行以下命令：

sh sbin/hadoop-daemon.sh start zkfc

5、集群启动

最后启动集群

sh sbin/start-dfs.sh 

6、基本原理

zk的基本特性：
(1) 可靠存储小量数据且提供强一致性
(2) ephemeral node, 在创建它的客户端关闭后，可以自动删除
(3) 对于node状态的变化，可以提供异步的通知(watcher)

zk在zkfc中可以提供的功能：
(1) Failure detector: 及时发现出故障的NN，并通知zkfc
(2) Active node locator: 帮助客户端定位哪个是Active的NN
(3) Mutual exclusion of active state: 保证某一时刻只有一个Active的NN

7 、模块

(1) ZKFailoverController(DFSZKFailoverController): 驱动整个ZKFC的运转，通过向HealthMonitor和ActiveStandbyElector注册回调函数的方式，subscribe HealthMonitor和ActiveStandbyElector的事件，并做相应的处理
(2) HealthMonitor: 定期check NN的健康状况，在NN健康状况发生变化时，通过回调函数把变化通知给ZKFailoverController
(3) ActiveStandbyElector: 管理NN在zookeeper上的状态，zookeeper上对应node的结点发生变化时，通过回调函数把变化通知给ZKFailoverController
(4) FailoverController: 提供做graceful failover的相关功能(dfs admin可以通过命令行工具手工发起failover) 

8、系统架构

如上图所示，通常情况下Namenode和ZKFC同布署在同一台物理机器上, HealthMonitor, FailoverController, ActiveStandbyElector在同一个JVM进程中(即ZKFC), Namenode是一个单独的JVM进程。如上图所示，ZKFC在整个系统中有几个重要的作用：
(1) Monitor and try to take active lock: 向zookeeper抢锁，抢锁成功的zkfc，指导对应的NN成为active的NN; watch锁对应的znode，当前active NN的状态发生变化导致失锁时，及时抢锁，努力成为active NN
(2) Monitor NN liveness and health: 定期检查对应NN的状态, 当NN状态发生变化时，及时通过ZKFC做相应的处理
(3) Fences other NN when needed: 当前NN要成为active NN时，需要fence其它的NN，不能同时有多个active NN

9、线程模型

ZKFC的线程模型总体上来讲比较简单的，它主要包括三类线程，一是主线程；一是HealthMonitor线程; 一是zookeeper客户端的线程。它们的主要工作方式是：
(1) 主线程在启动所有的服务后就开始循环等待
(2) HealthMonitor是一个单独的线程，它定期向NN发包，检查NN的健康状况
(3) 当NN的状态发生变化时，HealthMonitor线程会回调ZKFailoverController注册进来的回调函数，通知ZKFailoverController NN的状态发生了变化
(4) ZKFailoverController收到通知后，会调用ActiveStandbyElector的API，来管理在zookeeper上的结点的状态
(5) ActiveStandbyElector会调用zookeeper客户端API监控zookeeper上结点的状态，发生变化时，回调ZKFailoverController的回调函数，通知ZKFailoverController，做出相应的变化

10、 类关系图

11、参考资料

(1) https://issues.apache.org/jira/secure/attachment/12521279/zkfc-design.pdf

(2) http://svn.apache.org/viewvc/hadoop/common/trunk/hadoop-hdfs-project/hadoop-hdfs/