SecondaryNameNode对NameNode的checkpoint流程的源码分析

SecondaryNameNode有两个作用，一是镜像备份，二是日志与镜像的定期合并。两个过程同时进行，称为checkpoint。

1.首先分析SecondaryNameNode的创建过程，主要的初始化逻辑在SecondaryNameNode.initialize(Configuration conf)方法中：

 1.1）从配置文件中获取参数"dfs.namenode.servicerpc-address"的值（是NameNode的地址），若此地址为空，则获取"dfs.namenode.rpc-address"的值，若仍然为空，则取"fs.default.name"的值作为缺省值；
 1.2）根据上一步得到的地址通过【RPC.waitForProxy(....)】创建NameNode对象，并赋值给SecondaryNameNode.namenode变量；
 1.3）获取参数"fs.checkpoint.dir"值（为checkpoint目录），缺省为"/tmp/hadoop/dfs/namesecondary"，对N个目录初始化File对象，并赋值给SecondaryNameNode.checkpointDirs:Collection<File>对象；
 1.4)获取参数"fs.checkpoint.edits.dir"值（为checkpoint的edit文件目录），缺省为"/tmp/hadoop/dfs/namesecondary"，对N个目录初始化File对象，并赋值给SecondaryNameNode.checkpointEditsDirs:Collection<File>对象；
 1.5）【new CheckpointStorage()】初始化CheckpointStorage对象并赋值给SecondaryNameNode.checkpointImage变量，此类继承FSImage类；
 1.6）【CheckpointStorage.recoverCreate(Collection<File> checkpointDirs, Collection<File> checkpointEditsDirs)】，根据checkpointDirs和checkpointEditsDirs来设置(Storage)FSImage.storageDirs队列的值，逻辑与创建NameNode中第二.3.2步一样；
 1.7）获取参数"fs.checkpoint.period"和"fs.checkpoint.size",分别表示checkpoint周期和checkpoint时edit文件的大小；赋值给SecondaryNameNode.checkpointPeriod和SecondaryNameNode.checkpointSize变量；

 1.8）初始化HttpServer，赋值给SecondaryNameNode.infoServer变量并开启此服务：此服务注册了一个Servlet：httpServer.addInternalServlet("getimage", "/getimage",GetImageServlet.class, true, SecurityUtil.useKsslAuth());注册GetImageServlet；

SecondaryNameNode对NameNode的checkpoint流程如下图所示：

下面根据源码对此流程进行详细分析：
2.然后分析SecondaryNameNode处理checkpoint的逻辑；在SecondaryNameNode的run()方法中，调用dowork()方法循环地完成主要的工作：
 2.1）通过RPC调用NameNode的getEditLogSize()方法，NameNode端调用namesystem.getEditLogSize()方法，内部调用FSEditLog.getEditLogSize()方法计算edit log的大小size；
 2.2）如果size大于配置文件中参数“fs.checkpoint.size”的值（检查点）或者上次检测的时间距离此刻已经大于配置文件中参数“fs.checkpoint.period”的值，则执行SecondaryNameNode.doCheckpoint()方法：
    2.2.1)调用startCheckpoint()方法，初始化工作环境：
         1）对${fs.checkpoint.dir}和${fs.checkpoint.edits.dir}路径解锁；
         2）关闭edit文件对应的FSEditLog.editStreams:EditLogOutputStream流；
         3)【checkpointImage.recoverCreate(checkpointDirs, checkpointEditsDirs)】:根据checkpointDirs和checkpointEditsDirs来设置(Storage)FSImage.storageDirs队列的值，并检查所有${fs.checkpoint.dir}目录下文件的一致性，逻辑与创建NameNode过程中的五.2.4.2.2步骤一样；
         4）【checkpointImage.startCheckpoint()】在${fs.checkpoint.dir}目录下创建current目录；其中，若${fs.checkpoint.dir}目录下存在VERSION文件，则必须保证存在current文件且不能有lastcheckpoint.tmp文件，并将current文件更名为lastcheckpoint.tmp，然后创建current目录；若没有VERSION文件，则直接创建current目录；
    2.2.2)【namenode.rollEditLog()】内部调用FSNamesystem.rollEditLog()方法；作用：SecondaryNameNode通知NameNode准备提交edits文件，此时在主NameNode节点所有${dfs.name.dir}目录下新建edits.new文件，在NameNode端的具体步骤如下：
         1）判断edits.new文件是否存在，若已经存在，则直接返回；  
         2）【FSImage.restoreStorageDirs()】在NameNode端初始化FSDirectory对象时，读取参数"dfs.namenode.name.dir.restore"表示是否缓存删除的文件，缺省为false，若为false，则此方法不做任何操作直接返回，若为true，且FSImage.removedStorageDirs:List<StorageDirectory>集合不为空，则将current中的fsimage和edit文件恢复到removedStorageDirs集合中的StorageDirectory指定的目录下，并将此StorageDirectory对象从removedStorageDirs集合中删除；最后将StorageDirectory对象添加到Storage.storageDirs中；
         3）创建一个edits.new文件的File对象，并以此File对象初始化EditLogFileOutputStream对象，存入FSEditLog.editStreams：ArrayList<EditLogOutputStream>中；在NameNode端后续的操作日志将记录到edits.new文件中；
         4）对于在上一步初始化EditLogFileOutputStream对象过程中抛出异常的，首先调用【FSEditLog.removeEditsForStorageDir(StorageDirectory sd)】，若此抛异常的StorageDirectory对象的EditLogFileOutputStream对象在FSEditLog.editStreams集合中（比较集合中editStreams流对应的祖父目录的路径是否与StorageDirectory对象的根路径相同），则删除掉；然后调用【FSImage.updateRemovedDirs(StorageDirectory sd)】将此StorageDirectory对象添加到removedStorageDirs集合中；
    2.2.3)【SecondaryNameNode.downloadCheckpointFiles(CheckpointSignature sig)】SecondaryNameNode通过http get方式获取NameNode的fsimage与edits文件，具体实现如下：
        背景： NameNode在创建时，在NameNode.startHttpServer(Configuration conf) 中调用 httpServer.addInternalServlet("getimage", "/getimage",GetImageServlet.class, true, SecurityUtil.useKsslAuth());注册GetImageServlet；用于SecondaryNameNode从NameNode上获取fsimage和edit文件；
         1）通过SecondaryNameNode.checkpointImage.getImageFiles()获取用于写入FSImage文件File对象；通过SecondaryNameNode.checkpointImage.getEditsFiles()获取用于写入edits文件File对象；此两个文件分别在SecondaryNameNode的${fs.checkpoint.dir}/current和${fs.checkpoint.edits.dir}/current目录中；
         2）【TransferFsImage.getFileClient(String fsName, String id, File[] localPath, boolean getChecksum)】SecondaryNameNode通过HTTP GET方式向NameNode获取FSImage和Edits文件，并分别写入上述两个File对象中；
    2.2.4)【SecondaryNameNode.doMerge(CheckpointSignature sig)】SecondaryNameNode开始合并从NameNode上获取的fsimage和edit文件，在内存中生成最新的目录树结构并在${fs.checkpoint.dir}/previous.checkpoint目录下生成一个新的fsimage文件：
         1）调用FSImage.loadFSImage(File curFile)方法加载FSImage文件；
         2）调用FSImage.loadFSEdits(StorageDirectory sd,MetaRecoveryContext recovery)方法，内部调用FSEditLog.loadFSEdits(EditLogInputStream edits, int
 tolerationLength, MetaRecoveryContext recovery) 加载edits文件内容，其实就是在此方法中将日志记录的操作内容重新执行一遍，让操作后的结合添加到目录树结构中；
         3）【FSImage.saveNamespace(boolean renewCheckpointTime=false)】根据上两步中生成在内存中的目录树结构生存新的fsimage文件，具体逻辑如下：
            a)调用FSImage.moveCurrent(StorageDirectory sd)方法，将current目录中的内容移到lastcheckpoint.tmp中,并重新创建current目录；
            b)调用FSImage.saveCurrent(StorageDirectory sd)方法，将内存中的目录树结构写入current目录中的fsimage文件中；内部调用FSImage.saveFSImage(File newFile)方法；
            c）调用FSImage.saveCurrent(StorageDirectory sd)方法创建一个空的edits文件；
            d）调用FSImage.moveLastCheckpoint(StorageDirectory sd)将第a步中lastcheckpoint.tmp目录的内容移到previous.checkpoint目录中；
    2.2.5)【SecondaryNameNode.putFSImage(CheckpointSignature sig)】，作用：SecondaryNameNode通知NameNode可以从SecondaryNameNode上以http get方式获取第2.2.4步中生成的新fsimage文件了；
         1）调用TransferFsImage.getFileClient(String fsName,String id, File[] localPath, boolean getChecksum)方法通知主NameNode从SecondaryNameNode获取最新的fsimage文件，其中将SecondaryNameNode的machine/port等信息发送给主NameNode；
         2）主NameNode检查到SecondaryNameNode的请求参数是putimage，则利用这些信息与SecondaryNameNode建立HTTP连接，获取fsimage信息；
         3）主NameNode获取到最新的FSImage文件后，生成fsimage.ckpt文件；
       备注：NameNode和Secondary NameNode间数据的通信，使用的是HTTP协议，HTTP的容器用的是jetty，TransferFsImage是文件传输的辅助类。都注册了一个Servlet容器GetImageServlet；Secondary NameNode发送一个HTTP请求到NameNode，启动NameNode上一个HTTP客户端到Secondary NameNode上去下载FSImage，下载需要的一些信息，都放在向NameNode的HTTP请求中。
    2.2.6)【NameNode.rollFsImage()】内部调用流程FSNamesystem.rollFSImage() --->FSImage.rollFSImage()
         1）检查NameNode端的edits.new文件是否存在，不存在则抛异常；
         2）检查每个${dfs.name.dir}/current目录下fsimage.ckpt文件是否存在，不存在则抛异常；
         3）【editLog.purgeEditLog()】，将每个${dfs.name.dir}/current目录下edits.new文件更名为edits：
            a）将edits.new文件更名为edits；然后删除edits文件；并从Storage.storageDirs中删除此StorageDirectory对象；
            b）从FSEditLog.editStreams中删除旧edits文件的输出流，并重新打开新edits文件的输出流；
         4）将fsimage.ckpt文件更名为fsimage，然后删除当前的fsimage文件；并从Storage.storageDirs中删除此StorageDirectory对象；
         5）若Storage.storageDirs中还存在StorageDirectory对象即认为是有旧的fsimage和edits文件，删除这些文件；
    2.2.7)【checkpointImage.endCheckpoint()】将Storage.storageDirs中存储的所有StorageDirectory对象对应的路径下的lastcheckpoint.tmp目录的内容移到previous.checkpoint目录中；此操作在第2.2.4步已经执行，为何还执行一遍呢？
 2.3）第2.2步执行完毕之后，更新SecondaryNameNode.lastCheckpointTime，即最近的checkpoint时间；
 2.4）此次SecondaryNameNode执行的checkpoint操作结束，后续周期性地执行第2.1至2.3步进行checkpoint检查；