HDFS如何实现高可用

对于一个软件系统而言,性能差一点,用户也许可以接受;使用体验差,也许也能忍受。但是如果可用性差,经常出故障导致不可用,那就比较麻烦了;如果出现重要数据丢失,那开发工程师绝对是摊上大事了。

我们从不同层面来看一下HDFS的高可用设计。

数据存储故障容错

磁盘介质在存储过程中受环境或者老化影响,其存储的数据可能会出现错乱。HDFS的应对措施是,对于存储在DataNode上的数据块,计算并存储校验和(CheckSum)。在读取数据的时候,重新计算读取出来的数据的校验和,如果校验不正确就抛出异常,应用程序捕获异常后就到其他DataNode上读取备份数据。

磁盘故障容错

如果DataNode检测到本机的某块磁盘损坏,就将该快磁盘上存储的所有BolckID报告给NameNode, NameNode检查这些数据块还在哪些DataNode上有备份,通知相应的DataNode服务器将对应的数据块复制到其他服务器上,以保证数据块的备份数满足要求。

DataNode故障容错

DataNode会通过心跳和NameNode保持通信,如果DataNode超时未发送心跳,NameNode就会认为这个DataNode已经宕机失效,立即查找这个DataNode上存储的数据块有哪些,以及这些数据块还存储在哪些服务器上,随后通知这些服务器再复制一份数据块到其他服务器上,保证HDFS存储的数据块备份数符合用户设置的数目,即使再出现服务器宕机,也不会丢失数据。

NameNode故障容错

NameNode是整个HDFS的核心,记录着HDFS文件分配表信息,所有的文件路径和数据库存储信息都保存在NameNode,如果这个NameNode故障,这个HDFS系统集群都无法使用了;如果NameNode上记录的数据丢失,整个集群所有DataNode存储的数据也就没用了。

所以,NameNode高可用容错能力非常重要。NameNode采用主从热备的方式提供高可用服务,请看下图。
NameNode高可用
集群部署两台NameNode服务器,一台作为主服务器提供服务器,一台作为从服务器进行热备,两台服务器通过Zookeeper选举,主要是通过争夺znode锁资源,决定谁是主服务器。而DataNode则会向两个NameNode同时发送心跳数据,但是只有主NameNode才能向DataNode返回控制信息。

正常运行期间,主从NameNode之间通过一个共享存储系统shared edits来同步文件系统的元数据信息。当主NameNode服务器宕机,从NameNode会通过Zookeeper升级成为主服务器,并保证HDFS集群的元数据信息,也就是文件分配表信息完整一致。

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