如何理解Namenode的HA机制

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【整体设计】

NN（Namenode）的HA机制主要依靠zkfc完成，zkfc在NN所在节点以独立进程的方式运行。其内部主要由主控模块（ZKFailoverController）、健康检测模块（HealthMonitor）、主从选举模块（ActiveStandbyElector）三个模块协同实现。

zkfc进程启动时，首先会创建ZKFailoverController，负责其余两个模块回调事件的处理。

健康检测模块通过定时向NN发送rpc请求进行健康状态的监测。

主从选举模块封装了对zookeeper的处理逻辑，包括tcp连接的建立、创建节点、watch节点的变化等。

当NN的健康状态发生变化时，健康检测模块会回调通知主控模块，进而触发选举模块进行选举或者退出选举。

同样，当选举模块检测到zookeeper上节点的状态变化时，会自主触发进行选举，然后回调通知主控模块，最后通过rpc通知NN成为active或standby。

zkfc的启动选举流程如下图所示：

• zkfc启动后，首先构造选举模块，并向zookeeper建立连接

• 然后启动对NN的健康检测，向NN发送rpc请求，获取NN的状态和健康情况

• 假如NN是健康的，触发进行选举，即在zookeeper上创建临时的锁节点

• zk本身的机制保证只有一个zkfc能成功创建节点。

  对于成功创建节点的zkfc，会向其他的NN发送rpc请求进行fencing（本质上是告知对端成为standby），然后在zookeeper上创建持久的记录NN主从相关信息的节点（ActiveBreadCrumb），最后向本地的 NN发送rpc请求告知其成为ANN（ActiveNameNode）。

  而创建节点失败的zkfc，则通过回调向本地的NN发送rpc请求，告知其成为standby，然后对ANN在zookeeper中创建的锁节点进行watch。

【HA切换场景】

• ANN异常

  当ANN出现异常（包括进程退出，状态和健康情况的rpc请求无响应等）时，zkfc会主动退出选举，即结束与zookeeper的tcp连接，该连接对应的会话在zookeeper上创建的锁节点也会自动被删除。

  在该节点上进行watch的（运行在SNN上的）zkfc感知到节点的变化，触发进行选举（重新在zookeeper上创建锁节点），然后获取ActiveBreadCrumb节点的值，从中得到老的ANN节点的信息，当发现老的ANN并非本节点时，zkfc就触发对其进行fencing，然后在ActiveBreadCrumb节点上写入新的信息，最后通知SNN成为新的ANN。

• zkfc异常&ANN所在节点网络异常

  这两种场景和上面的流程差别不大，区别在于，zookeeper检测zkfc建立的连接超时，从而自动将该连接上会话创建的临时节点删除。后面的流程就和上面的一样了。

【注意事项】

• fencing的处理

  前面选举流程和HA切换流程中都提到了fencing（隔离），那么为什么好进行fencing，fencing的意义是什么？

  就上面zkfc异常的场景，来深入分析下：

  当ANN所在节点的zkfc出现异常，或者仅仅是zkfc与zookeeper之间的网络不稳定，导致zkfc与zookeeper之间的会话超时，从而触发snn节点上的zkfc选举并成为新的ANN。

  如果不进行fencing，那么此时存在两个ANN，并同时对外提供服务，这可能会导致hdfs的数据不能保证一致性，甚至出现错乱无法恢复。

  因此SNN在成为新的ANN之前，需要对老的ANN进行fencing处理。

  具体为zkfc直接向老的ANN发送rpc请求，通知其成为SNN，这个过程为优雅的fencing。

  如果老的ANN成功响应，那么zkfc会进而通知SNN成为新的ANN。

  如果老的ANN没有进行响应，那么就会根据配置的方式再次进行fencing。

  可配置的方式包括ssh和执行指定的脚本。

  ssh的方式为zkfc通过ssh到老的ANN节点上，然后执行kill动作，将老的ANN杀掉，最后通知SNN成为新的ANN。如果ANN所在节点的网络异常，无法成功ssh，因此也就无法将老的ANN杀掉。

  因此，通常的方式是执行自己编写的脚本，在脚本中进行相关的处理动作。zkfc通过脚本的返回结果决定通知SNN成为新的ANN，或者再次触发选举流程。

• 健康状态的定义

  前面提到了健康检测模块会定时向NN发送rpc请求，获取nn的状态（Active/Standby/Initializing）和健康状态，那么NN怎样判断自身是健康的呢？

  跟踪其源码发现：NN对配置的本地目录（用于存储fsimage和editlog的目录和其他指定配置的目录）进行磁盘容量检查，如果目录对应的磁盘容量达到配置的最小值，则NN认为自身是健康的，否则认为是非健康的。

• 确保父节点存在

  zkfc启动并成功连接zookeeper后，首先会存储锁节点的父亲节点是否存在，如果不存在，zkfc进程会直接退出。

  zkfc启动时，可以指定format参数，这时zkfc会删除在zookeeper上存储的信息，并创建出必备的父亲节点，然后进程退出。再次启动时（不带参数）就能正确进行选举了。

  另外，如果在zkfc运行过程中，将对应的父亲节点删除了，zkfc不会再自动创建出来，此时选举用的锁节点会持续创建失败导致无法正常选举，从而导致NN无法正常提供服务。

• 确保NN的ID与IP保持一致

  NN正常选举成功后，ANN会在zookeeper上创建ActiveBreadCrumb节点，记录ANN/SNN的ID与对应的IP信息。

  由于该节点是持久化的，因此当NN重启或者重新选举后，会读取该节点的值，从中获取老的ANN的IP信息，用于fencing处理。在此之前，会将节点记录的NN的ID与对应的IP和本地配置的情况进行比较，如果与配置中的不一致，会抛出异常不会再进行后续的处理。

  通常出现该情况的场景是NN以容器的方式部署运行，当NN所在的容器下线重启后，NN分配的IP发生了变化，导致与记录在zookeeper中ActiveBreadCrumb节点的信息不一致。

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