Hadoop-2.7.0中HDFS NameNode HA实现综述

一、原理
      HDFS中NameNode等的HA是基于ZooKeeper实现的。它应用了ZooKeeper集群的如下功能或特性：
      1、只要半数以上节点还存活，就继续能对外提供服务；
      2、ZooKeeper通过Paxos算法提供了leader选举功能，其它follower learn leader；
      3、ZooKeeper提供了watcher机制，只要ZooKeeper上znode增减，或内容发生变化，或其子znode有增减，客户端都可以通过注册的watcher获得通知；
      4、ZooKeeper提供了持久化节点和临时节点，尤其是临时节点EPHEMERAL，其在ZooKeeper客户端连接断掉后，会自动删除。
      正是基于ZooKeeper的上述特性，HDFS的NameNode实现了HA，NameNode的状态大致可分为Active和Standby两种，NameNode竞争在ZooKeeper指定路径上注册临时节点，将自己的host、port、nameserviceId、namenodeId等数据写入节点，哪个NameNode争先写入成功，哪个就成为Active NameNode。然后，会有后台工作线程周期性检查NameNode状态，并在一定条件下（比如Active NameNode节点发生故障等）发生竞选，由NameNode再去竞争，实现故障转移和状态切换。
      上述就是HDFS NameNode HA实现的大体思路。而HDFS NameNode HA的架构和实现细节是怎么样的？下面我来介绍下。
二、实现
      首先上一张Hadoop HDFS NameNode HA的设计图，如下：



        简单描述下这张图：
        首先，NameNode（NN）、DataNode（DN）均是HDFS中的组件或节点，NN有两个，分为Active和Standby状态，DN有多个，DN周期性向Active和Standby做数据块汇报；
        其次，处于中间位置的，实现HDFS NameNode HA最关键的组件是FailoverController，它是运行在NameNode节点上的守护进程，将Active NN节点的信息通过竞争的方式注册到ZooKeeper上，并实现以下三个基本功能：
            1）有一个后台线程，周期性的检查NameNode的健康状况，即粗的红色拐弯箭头的Monitor Health，触发状态选举等；
            2）定期保持与ZooKeeper的心跳，完成Leader选举（即Active节点选举）和检查Active NN ZNode节点状态等工作，即最上面与ZooKeeper交互的蓝色箭头；
            3）向NameNode发送一些命令，完成状态切换。
        所以，NN HA的主体思路就是：
        1、NN竞争在ZooKeeper上注册，即create一个临时节点，写入NN的host、port、nameserviceId、namenodeI等信息，那个写入成功，那个就是Active状态；
        2、注册成功后，通过create后的watcher机制，FailoverController会发送命令给各个NN，让其确定各自状态和职责；
        3、Monitor Health会周期性连接NN，检查NN状态，并由可能触发重新选举，即重复1-2；
        4、FailoverController会与ZooKeeper保持心跳，注册的临时节点消失后，也会触发重新选举。

        那么，HDFS是如何实现NameNode HA的呢？对应上图，Hadoop中实现了以下模型：



        上图的三个关键组件即是：
        1、DFSZKFailoverController（继承自抽象类ZKFailoverController）：ZKFC，故障转移控制器，守护进程，负责总体故障转移和命令发布；
        2、ActiveStandbyElector：Active、Standby选举器，实现选举功能；
        3、HealthMonitor：健康监视器，实现NN状态的定时监控。

        上述组件各自是如何实现的，请关注后续文章。