HDFS实现HA

背景

在 Hadoop 1.0 时代，Hadoop 的两大核心组件 HDFS NameNode 和 JobTracker 都存在着单点问题。 NameNode 保存了整个 HDFS 的元数据信息，一旦 NameNode 挂掉，整个 HDFS 就无法访问，同时 Hadoop 生态系统中依赖于 HDFS 的各个组件，包括 MapReduce、Hive、Pig 以及 HBase 等也都无法正常工作，并且重新启动 NameNode 和进行数据恢复的过程也会比较耗时。
所幸的是，在 Hadoop2.0 中，HDFS NameNode 和 YARN ResourceManger(JobTracker 在 2.0 中已经被整合到 YARN ResourceManger 之中) 的单点问题都得到了解决。

HDFS NameNode 高可用整体架构

架构

• 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。
• 主备切换控制器 ZKFailoverController：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。
• 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。
• DataNode 节点：除了通过共享存储系统共享 HDFS 的元数据信息之外，主 NameNode 和备 NameNode 还需要共享 HDFS 的数据块和 DataNode 之间的映射关系。DataNode 会同时向主 NameNode 和备 NameNode 上报数据块的位置信息。
• Zookeeper 集群：为主备切换控制器提供主备选举支持。

JournalNode

JournalNode的作用是存放EditLog的,Active Namenode往JournalNode里写editlog数据,StandBy再从JournalNode里面读取数据进行同步。
两个NameNode为了数据同步，会通过一组JournalNodes的独立进程进行相互通信。当active状态的NameNode的命名空间有任何修改时，会告知大部分的JournalNodes进程。standby状态的NameNode有能力读取JNs中的变更信息，并且一直监控edit log的变化，把变化应用于自己的命名空间。standby可以确保在集群出错时，命名空间状态已经完全同步了。
这样，当一个NameNode所在的服务器宕机时，可以在数据不丢失的情况下，手工或者自动切换到另一个NameNode提供服务。
运行的JournalNode进程非常轻量，可以部署在其他的服务器上。注意：必须允许至少3个节点。当然可以运行更多，但是必须是奇数个，如3、5、7、9个等等。当运行N个节点时，系统可以容忍至少(N-1)/2(N至少为3)个节点失败而不影响正常运行。

HDFS HA自动切换机制的核心：ZKFC

当一个NameNode被成功切换为Active状态时，它会在ZK内部创建一个临时的znode，在znode中将会保留当前Active NameNode的一些信息，比如主机名等等。当Active NameNode出现失败或连接超时的情况下，监控程序会将ZK上对应的临时znode进行删除，znode的删除事件会主动触发到下一次的Active NamNode的选择。
因为ZK是具有高度一致性的，它能保证当前最多只能有一个节点能够成功创建znode，成为当前的Active Name。

在ZKFC的进程内部，运行着3个对象服务：

• HealthMonitor：主要负责检测 NameNode 的健康状态，如果检测到 NameNode 的状态发生变化，会回调 ZKFailoverController 的相应方法进行自动的主备选举。主要是磁盘存储资源是否充足。
• ActiveStandbyElector：主要负责完成自动的主备选举，内部封装了 Zookeeper 的处理逻辑，一旦 Zookeeper 主备选举完成，会回调 ZKFailoverController 的相应方法来进行 NameNode 的主备状态切换。
• ZKFailoverController：协调HealMonitor和ActiveStandbyElector对象，处理它们发来的event变化事件，完成自动切换的过程。

NameNode 实现主备切换的流程有以下几步：

1. HealthMonitor 初始化完成之后会启动内部的线程来定时调用对应 NameNode 的 HAServiceProtocol RPC 接口的方法，对 NameNode 的健康状态进行检测。
2. HealthMonitor 如果检测到 NameNode 的健康状态发生变化，会回调 ZKFailoverController 注册的相应方法进行处理。
3. 如果 ZKFailoverController 判断需要进行主备切换，会首先使用 ActiveStandbyElector 来进行自动的主备选举。
4. ActiveStandbyElector 与 Zookeeper 进行交互完成自动的主备选举。
5. ActiveStandbyElector 在主备选举完成后，会回调 ZKFailoverController 的相应方法来通知当前的 NameNode 成为主 NameNode 或备 NameNode。

6. ZKFailoverController 调用对应 NameNode 的 HAServiceProtocol RPC 接口的方法将 NameNode 转换为 Active 状态或 Standby 状态。

   
   
   流程