Hadoop元数据namenode的高可用原理

一、什么是FSImage和EditsLog

　　我们知道HDFS是一个分布式文件存储系统，文件分布式存储在多个DataNode节点上。一个文件存储在哪些DataNode节点的哪些位置的元数据信息（metadata）由NameNode节点来处理。随着存储文件的增多，NameNode上存储的信息也会越来越多。那么HDFS是如何及时更新这些metadata的呢？ 
　　在HDFS中主要是通过两个组件FSImage和EditsLog来实现metadata的更新。在某次启动HDFS时，会从FSImage文件中读取当前HDFS文件的metadata，之后对HDFS的操作步骤都会记录到edit log文件中。比如下面这个操作过程 
　　 
　　那么完整的metadata信息就应该由FSImage文件和edit log文件组成。fsimage中存储的信息就相当于整个hdfs在某一时刻的一个快照。 
　　FSImage文件和EditsLog文件可以通过ID来互相关联。在参数dfs.namenode.name.dir设置的路径下，会保存FSImage文件和EditsLog文件，如果是QJM方式HA的话，EditsLog文件保存在参数dfs.journalnode.edits.dir设置的路径下。 
　　 
　　在上图中可以看到，edit log文件以edits_开头，后面跟一个txid范围段，并且多个edit log之间首尾相连，正在使用的edit log名字为edits_inprogress_txid。该路径下还会保存两个fsimage文件，文件格式为fsimage_txid。上图中可以看出fsimage文件已经加载到了最新的一个edit log文件，仅仅只有inprogress状态的edit log未被加载。在启动HDFS时，只需要读入fsimage_0000000000000008927以及edits_inprogress_0000000000000008928就可以还原出当前hdfs的最新状况。 
　　但是这里又会出现一个问题，如果edit log文件越来越多、越来越大时，当重新启动hdfs时，由于需要加载fsimage后再把所有的edit log也加载进来，就会出现第一段中出现的问题了。怎么解决？HDFS会采用checkpoing机制定期将edit log合并到fsimage中生成新的fsimage。这个过程就是接下来要讲的了。 
　　

二、Checkpoint机制

　　fsimage和edit log合并的过程如下图所示： 
　　 
　　其实这个合并过程是一个很耗I/O与CPU的操作，并且在进行合并的过程中肯定也会有其他应用继续访问和修改hdfs文件。所以，这个过程一般不是在单一的NameNode节点上进行从。如果HDFS没有做HA的话，checkpoint由SecondNameNode进程(一般SecondNameNode单独起在另一台机器上)来进行。在HA模式下，checkpoint则由StandBy状态的NameNode来进行。 
　　什么时候进行checkpoint由两个参数dfs.namenode.checkpoint.preiod(默认值是3600，即1小时)和dfs.namenode.checkpoint.txns(默认值是1000000)来决定。period参数表示，经过1小时就进行一次checkpoint，txns参数表示，hdfs经过100万次操作后就要进行checkpoint了。这两个参数任意一个得到满足，都会触发checkpoint过程。进行checkpoint的节点每隔dfs.namenode.checkpoint.check.period(默认值是60）秒就会去统计一次hdfs的操作次数。

三、HA模式下Checkpointing过程分析

　　在HA模式下checkpoint过程由StandBy NameNode来进行，以下简称为SBNN，Active NameNode简称为ANN。 
　　HA模式下的edit log文件会同时写入多个JournalNodes节点的dfs.journalnode.edits.dir路径下，JournalNodes的个数为大于1的奇数，类似于Zookeeper的节点数，当有不超过一半的JournalNodes出现故障时，仍然能保证集群的稳定运行。 
　　SBNN会读取FSImage文件中的内容，并且每隔一段时间就会把ANN写入edit log中的记录读取出来，这样SBNN的NameNode进程中一直保持着hdfs文件系统的最新状况namespace。当达到checkpoint条件的某一个时，就会直接将该信息写入一个新的FSImage文件中，然后通过HTTP传输给ANN。 
　　 
　　如上图所示，主要由4个步骤： 
1. SBNN检查是否达到checkpoint条件：离上一次checkpoint操作是否已经有一个小时，或者HDFS已经进行了100万次操作。 
2. SBNN检查达到checkpoint条件后，将该namespace以fsimage.ckpt_txid格式保存到SBNN的磁盘上，并且随之生成一个MD5文件。然后将该fsimage.ckpt_txid文件重命名为fsimage_txid。 
3. 然后SBNN通过HTTP联系ANN。 
4. ANN通过HTTP从SBNN获取最新的fsimage_txid文件并保存为fsimage.ckpt_txid，然后也生成一个MD5，将这个MD5与SBNN的MD5文件进行比较，确认ANN已经正确获取到了SBNN最新的fsimage文件。然后将fsimage.ckpt_txid文件重命名为fsimage_txit。 
　　通过上面一系列的操作，SBNN上最新的FSImage文件就成功同步到了ANN上。