Hadoop2之NameNode—HA原理详解

在hadoop1中NameNode存在一个单点故障问题，也就是说如果NameNode所在的机器发生故障，那么整个集群就将不可用(hadoop1中有个SecorndaryNameNode，但是它并不是NameNode的备份，它只是namenode的一个助理，协助namenode工作，对fsimage和edits文件进行合并，并推送给NameNode，防止因edits文件过大，导致NameNode重启变得很慢),这是hadoop1的不可靠实现。

 

在hadoop2中这个问题得以解决，hadoop2中的高可靠性是指同时启动NameNode,其中一个处于工作状态，一个处于随时待命状态。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。

这些NameNode之间通过共享数据，保证数据的状态一致。多个NameNode之间共享数据，可以通过Nnetwork File System或者Quorum Journal Node。前者是通过linux共享的文件系统，属于操作系统的配置；后者是hadoop自身的东西，属于软件的配置。

我们这里讲述使用Quorum Journal Node的配置方式，方式是手工切换。

集群启动时，可以同时启动2个NameNode。这些NameNode只有一个是active的，另一个属于standby状态。active状态意味着提供服务，standby状态意味着处于休眠状态，只进行数据同步，时刻准备着提供服务，如图2所示。

图2

架构

在一个典型的HA集群中，每个NameNode是一台独立的服务器。在任一时刻，只有一个NameNode处于active状态，另一个处于standby状态。其中，active状态的NameNode负责所有的客户端操作，standby状态的NameNode处于从属地位，维护着数据状态，随时准备切换。

两个NameNode为了数据同步，会通过一组称作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，如图3所示。

图3

为了确保快速切换，standby状态的NameNode有必要知道集群中所有数据块的位置。为了做到这点，所有的datanodes必须配置两个NameNode的地址，发送数据块位置信息和心跳给他们两个。

对于HA集群而言，确保同一时刻只有一个NameNode处于active状态是至关重要的。否则，两个NameNode的数据状态就会产生分歧，可能丢失数据，或者产生错误的结果。为了保证这点，JNs必须确保同一时刻只有一个NameNode可以向自己写数据。

硬件资源

为了部署HA集群，应该准备以下事情：

* NameNode服务器：运行NameNode的服务器应该有相同的硬件配置。

* JournalNode服务器：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个节点失败而不影响正常运行。

在HA集群中，standby状态的NameNode可以完成checkpoint操作，因此没必要配置Secondary NameNode、CheckpointNode、BackupNode。如果真的配置了，还会报错。

配置

HA集群需要使用nameservice ID区分一个HDFS集群。另外，HA中还要使用一个词，叫做NameNode ID。同一个集群中的不同NameNode，使用不同的NameNode ID区分。为了支持所有NameNode使用相同的配置文件，因此在配置参数中，需要把“nameservice ID”作为NameNode ID的前缀。

HA配置内容是在文件hdfs-site.xml中的。下面介绍关键配置项。

dfs.nameservices   命名空间的逻辑名称。如果使用HDFS Federation，可以配置多个命名空间的名称，使用逗号分开即可。

<property>  <name>dfs.nameservices</name>  <value>mycluster</value></property>

dfs.ha.namenodes.[nameservice ID]   命名空间中所有NameNode的唯一标示名称。可以配置多个，使用逗号分隔。该名称是可以让DataNode知道每个集群的所有NameNode。当前，每个集群最多只能配置两个NameNode。

<property>  <name>dfs.ha.namenodes.mycluster</name>  <value>nn1,nn2</value></property>

dfs.namenode.rpc-address.[nameservice ID].[name node ID]   每个namenode监听的RPC地址。如下所示

<property>  <name>dfs.namenode.rpc-address.mycluster.nn1</name>  <value>machine1.example.com:8020</value></property><property>  <name>dfs.namenode.rpc-address.mycluster.nn2</name>  <value>machine2.example.com:8020</value></property>

dfs.namenode.http-address.[nameservice ID].[name node ID]   每个namenode监听的http地址。如下所示

<property>  <name>dfs.namenode.http-address.mycluster.nn1</name>  <value>machine1.example.com:50070</value></property><property>  <name>dfs.namenode.http-address.mycluster.nn2</name>  <value>machine2.example.com:50070</value></property>

如果启用了安全策略，也应该对每个namenode配置htts-address信息，与此类似。

dfs.namenode.shared.edits.dir   这是NameNode读写JNs组的uri。通过这个uri，NameNodes可以读写edit log内容。URI的格式"qjournal://host1:port1;host2:port2;host3:port3/journalId"。这里的host1、host2、host3指的是Journal Node的地址，这里必须是奇数个，至少3个；其中journalId是集群的唯一标识符，对于多个联邦命名空间，也使用同一个journalId。配置如下

<property>  <name>dfs.namenode.shared.edits.dir</name>  <value>qjournal://node1.example.com:8485;node2.example.com:8485;node3.example.com:8485/mycluster</value></property>

这里配置HDFS客户端连接到Active NameNode的一个java类

<property>  <name>dfs.client.failover.proxy.provider.mycluster</name>  <value>org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.ha.ConfiguredFailoverProxyProvider</value></property>

dfs.ha.fencing.methods 配置active namenode出错时的处理类。当active namenode出错时，一般需要关闭该进程。处理方式可以是ssh也可以是shell。

如果使用ssh，配置如下

<property>  <name>dfs.ha.fencing.methods</name>  <value>sshfence</value></property> <property>  <name>dfs.ha.fencing.ssh.private-key-files</name>  <value>/home/exampleuser/.ssh/id_rsa</value></property>

这种方法配置简单，推荐使用。

fs.defaultFS 客户端连接HDFS时，默认的路径前缀。如果前面配置了nameservice ID的值是mycluster，那么这里可以配置为授权信息的一部分

可以在core-site.xml中配置如下

<property>  <name>fs.defaultFS</name>  <value>hdfs://mycluster</value></property>

dfs.journalnode.edits.dir 这是JournalNode进程保持逻辑状态的路径。这是在linux服务器文件的绝对路径。

配置如下

<property>  <name>dfs.journalnode.edits.dir</name>  <value>/path/to/journal/node/local/data</value></property>

部署

以上配置完成后，就可以启动JournalNode进程了。在各个JournalNode机器上执行命令“hadoop-daemon.sh  journalnode”。

如果是一个新的HDFS集群，还要首先执行格式化命令“hdfs  namenode  -format”，紧接着启动本NameNode进程。

如果存在一个已经格式化过的NameNode，并且已经启动了。那么应该把该NameNode的数据同步到另一个没有格式化的NameNode。在未格式化过的NameNode上执行命令“hdfs  namenode  -bootstrapStandby”。

如果是把一个非HA集群转成HA集群，应该运行命令“hdfs –initializeSharedEdits”，这会初始化JournalNode中的数据。

做了这些事情后，就可以启动两个NameNode了。启动成功后，通过web页面观察两个NameNode的状态，都是standby。

下面执行命令“hdfs  haadmin  -failover  --forcefence  serviceId   serviceId2”。就会把NameNode的状态进行安全的切换。其中后面一个会变为active状态。这时候再通过web页面观察就能看到正确结果了