Hadoop-2.4.1源码分析--HDFS HeartBeat(心跳检测)整体结构

        HDFS全称是Hadoop Distribute FileSystem，即Hadoop分布式文件系统，有主从节点之分。在HDFS中，主节点是名字节点NameNode，它负责存储整个HDFS中文件元数据信息，保存了名字节点第一关系和名字节点第二关系。名字节点第一关系是文件与数据块的对应关系，在HDFS正常运行期间，保存在NameNode内存和FSImage文件中，并且在NameNode启动时就由FSImage加载，之后的修改则保持在内容和FSEdit日志文件中，而第二关系则是数据块与数据节点的对应关系，它并非由名字节点的FSImage加载而来，而是在从节点DataNode接入集群后，由其发送心跳信息汇报给主节点NameNode。
        那么，何为心跳呢？心跳就是HDFS中从节点DataNode周期性的向名字节点NameNode做汇报，汇报自己的健康情况、负载状况等，并从NameNode处领取命令在本节点执行，保证NameNode这一HDFS指挥官熟悉HDFS的全部运行情况，并对从节点DataNode发号施令，以完成来自外部的数据读写请求或内部的负载均衡等任务。
        在Hadoop2版本中，做了两个比较大的改动：一是引入了联邦的概念，允许一个HDFS集群提供多个命名空间服务，第二个是利用HA解决了NameNode单点故障问题，引入了Active NN和Standby NN的概念。
        本篇文章，结合Hadoop2.4.1的源码，我们先来看下心跳汇报的整体结构。

        众所周知，心跳汇报是从节点DataNode主动发起的周期性向主节点NameNode汇报的一个动作，所以这个问题的突破口自然而然就落在了数据节点DataNode上了。在DataNode内部，有这么一个成员变量blockPoolManager，这是个BlockPoolManager类型的变量，看下它的定义及成员变量：

由前三个成员变量，我们可以清楚的知道，BlockPoolManager主要维护的就是该DataNode上的BPOfferService对象，及其所属nameserviceId、blockPoolId。nameserviceId我们可以理解为HDFS集群中某一特定命名服务空间的唯一标识，blockPoolId则对应为该命名服务空间中的一个块池，或者说一组数据块的唯一标识，那么，什么是BPOfferService呢？看下它类的定义及其成员变量，代码如下：

该类有两个十分重要的成员变量，分别是：

        1、bpServiceToActive：BPServiceActor类型的，表示与当前活跃NameNode相关的BPServiceActor引用；

        2、bpServices：CopyOnWriteArrayList<BPServiceActor>类型的列表，表示该命名服务对应的所有NameNode的BPServiceActor实例列表，不管NameNode是活跃的还是备份的。

        由此可以看出，BPOfferService实际上是每个命名服务空间所对应的一组BPServiceActor的管理者，这些BPServiceActor全部存储在bpServices列表中，并且由bpServicesToActive表示当前与active NN连接的BPServiceActor对象的引用，而bpServices对应的则是连接到所有NN的BPServiceActor，无论这个NN是active状态还是standby状态。那么BPServiceActor是什么呢？

可以看出BPServiceActor就是实际与某个特定NameNode通信的工作线程。它是每个活跃active或备份standby状态NameNode对应的线程。

        看到这里就可以简单总结一下HDFS心跳机制的总体结构了，如下图：

        首先，每一个DataNode上都有一个BlockPoolManager实例；

        其次，每个BlockPoolManager实例管理着所有命名服务空间对应的BPOfferService实例：命名服务空间你可以理解为HDFS中逻辑意义上的某个单独的文件系统；

        然后，每个BPOfferService实例则管理者它所对应命名服务空间内到所有NameNode的BPServiceActor工作线程：包含一个Active与若干Standby状态的NN；

        最后，BPServiceActor对应的是针对特定的NameNode进行通讯和完成心跳与接收响应命令的工作线程。

        上述就是HDFS中心跳汇报的整体结构，由DataNode上BlockPoolManager、BPOfferService和BPServiceActor等三层架构实现，由上到下体现了HDFS中存在多个命名服务空间NameService，每个命名服务空间NameService对应着一个BPOfferService，它负责管理多个BPServiceActor工作线程，每个BPServiceActor则是DataNode上具体与每个NameNode通信完成心跳的工作线程，而这些对应关系，特别是HDFS上有多少命名服务NS，每个命名服务涉及哪些名字节点NN，则是从HDFS的配置文件中获取的。