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大数据Hadoop(十四):HDFS的高可用机制

Lanson Lanson 发表于2022-01-29 13:24:12 浏览272 评论0

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HDFS的高可用机制

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HDFS高可用介绍

在Hadoop 中,NameNode 所处的位置是非常重要的,整个HDFS文件系统的元数据信息都由NameNode 来管理,NameNode的可用性直接决定了Hadoop 的可用性,一旦NameNode进程不能工作了,就会影响整个集群的正常使用。

在典型的HA集群中,两台独立的机器被配置为NameNode。在工作集群中,NameNode机器中的一个处于Active状态,另一个处于Standby状态。Active NameNode负责群集中的所有客户端操作,而Standby充当从服务器。Standby机器保持足够的状态以提供快速故障切换(如果需要)。


组件介绍

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ZKFC( 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。

Zookeeper 集群:为主备切换控制器提供主备选举支持。

元数据信息共享存储系统: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 和备用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。

原信息共享存储系统主要用于保存 EditLog,并不保存 FSImage 文件。FSImage 文件还是在 NameNode 的本地磁盘上。共享存储采用多个称为 JournalNode 的节点组成的 JournalNode 集群来存储 EditLog。每个 JournalNode 保存同样的 EditLog 副本。每次 NameNode 写 EditLog 的时候,除了向本地磁盘写入 EditLog 之外,也会并行地向 JournalNode 集群之中的每一个 JournalNode 发送写请求,只要大多数 的 JournalNode 节点返回成功就认为向 JournalNode 集群写入 EditLog 成功。如果有 2N+1 台 JournalNode,那么根据大多数的原则,最多可以容忍有 N 台 JournalNode 节点挂掉。

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。


NameNode 的主备切换实现

NameNode 主备切换主要由 ZKFailoverController、HealthMonitor 和 ActiveStandbyElector 这 3 个组件来协同实现:

ZKFailoverController 作为 NameNode 机器上一个独立的进程启动 (在 hdfs 启动脚本之中的进程名为 zkfc),启动的时候会创建 HealthMonitor 和 ActiveStandbyElector 这两个主要的内部组件,ZKFailoverController 在创建 HealthMonitor 和 ActiveStandbyElector 的同时,也会向 HealthMonitor 和 ActiveStandbyElector 注册相应的回调方法。

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。

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。

NameNode 实现主备切换的流程如图 2 所示,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。


高可用集群环境搭建

  关于集群搭建步骤,可以参考《2021年大数据Hadoop(六):全网最详细的Hadoop集群搭建


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