我們知道，F(xiàn)acebook使用Hadoop來(lái)進(jìn)行大數(shù)據(jù)的處理，但Facebook又是如何保障頻繁、龐大的數(shù)據(jù)請(qǐng)求等高壓環(huán)境下不發(fā)生故障的呢？我們一起來(lái)了解一下Facebook內(nèi)部的Hadoop使用情況以及其NameNode故障轉(zhuǎn)移技術(shù)。

Facebook Hadoop集群內(nèi)目前的HDFS物理磁盤空間承載超過(guò)100PB的數(shù)據(jù)（分布在不同數(shù)據(jù)中心的100多個(gè)集群）。由于HDFS存儲(chǔ)著Hadoop應(yīng)用需要處理的數(shù)據(jù)，因此優(yōu)化HDFS成為Facebook為用戶提供高效、可靠服務(wù)至關(guān)重要的因素。

HDFS Namenode是如何工作的？

HDFS客戶端通過(guò)被稱之為Namenode單服務(wù)器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行文件系統(tǒng)原數(shù)據(jù)操作，同時(shí)DataNode會(huì)與其他DataNode進(jìn)行通信并復(fù)制數(shù)據(jù)塊以實(shí)現(xiàn)冗余，這樣單一的DataNode損壞不會(huì)導(dǎo)致集群的數(shù)據(jù)丟失。

但NameNode出現(xiàn)故障的損失確是無(wú)法容忍的。NameNode主要職責(zé)是跟蹤文件如何被分割成文件塊、文件塊又被哪些節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)，以及分布式文件系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)是否正常等。但如果NameNode節(jié)點(diǎn)停止運(yùn)行的話將會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)無(wú)法通信，客戶端無(wú)法讀取和寫入數(shù)據(jù)到HDFS，實(shí)際上這也將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)停止工作。

The HDFS Namenode is a single point of failure (SPOF)

Facebook也深知“Namenode-as-SPOF”所帶來(lái)問(wèn)題的嚴(yán)重性，所以Facebook希望建立一套系統(tǒng)已破除“Namenode-as-SPOF”帶來(lái)的隱患。但在了解這套系統(tǒng)之前，首先來(lái)看一下Facebook在使用和部署HDFS都遇到了哪些問(wèn)題。

Facebook數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的使用

在Facebook的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中部署著***的HDFS集群，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的使用情況是傳統(tǒng)的Hadoop MapReduce工作負(fù)載——在大型集群中一小部分運(yùn)行MapReduce批處理作業(yè)

因?yàn)榧悍浅｝嫶?，客戶端和眾多DataNode節(jié)點(diǎn)與NameNode節(jié)點(diǎn)傳輸海量的原數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致NameNode的負(fù)載非常沉重。而來(lái)自CPU、內(nèi)存、磁盤和網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的壓力也使得數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)集群中NameNode高負(fù)載狀況屢見不鮮。在使用過(guò)程中Facebook發(fā)現(xiàn)其數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中由于HDFS引發(fā)的故障占總故障率的41%。

HDFS NameNode是HDFS中的重要組成部分，同時(shí)也是整個(gè)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的重要組成部分。雖然高可用的NameNode只可以預(yù)防數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)10%的計(jì)劃外停機(jī)，不過(guò)消除NameNode對(duì)于SPOF來(lái)說(shuō)可謂是重大的勝利，因?yàn)檫@使得Facebook可執(zhí)行預(yù)訂的硬件和軟件回復(fù)。事實(shí)上，F(xiàn)acebook預(yù)計(jì)如果解決NameNode可消除集群50%的計(jì)劃停機(jī)時(shí)間。

那么高可用性NameNode是什么樣子的？它將如何工作？讓我們來(lái)看一下高度可用性NameNode的圖表。

在此結(jié)構(gòu)中，客戶端可與Primary NameNode與Standby NameNode通信，同樣眾多DataNode

也具備給Primary NameNode與Standby NameNode發(fā)送block reports的能力。實(shí)質(zhì)上Facebook所研發(fā)的AvatarNode就是具備高可用NameNode的解決方案。

Avatarnode：具備NameNode故障轉(zhuǎn)移的解決方案

為了解決單NameNode節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)缺陷，大約在兩年前Facebook開始在內(nèi)部使用AvatarNode工作。

同時(shí)AvatarNode提供了高可用性的NameNode以及熱故障切換和回滾功能，目前Facebook已經(jīng)將AvatarNode貢獻(xiàn)到了開源社區(qū)。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的測(cè)試和Bug修復(fù)，AvatarNode目前已在Facebook***的Hadoop數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中穩(wěn)定運(yùn)行。在這里很大程度上要感謝Facebook的工程師Dmytro Molkov。

當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，AvatarNode的兩個(gè)高可用NameNode節(jié)點(diǎn)可手動(dòng)故障轉(zhuǎn)移。AvatarNode將現(xiàn)有的NameNode代碼打包并放置在Zookeeper層。

AvatarNode的基本概念如下：

• 具備Primary NameNode與Standby NameNode
• 當(dāng)前Master主機(jī)名保存在ZooKeeper之中
• 改進(jìn)的DataNode發(fā)送block reports到Primary NameNode與Standby NameNode
• 改進(jìn)的HDFS客戶端將在每個(gè)事物開始之前對(duì)Zookeeper進(jìn)行檢查，如果失敗會(huì)轉(zhuǎn)移到另外的事務(wù)之中。同時(shí)如果AvatarNode故障轉(zhuǎn)移出現(xiàn)在寫入的過(guò)程中，AvatarNode的機(jī)制將允許保證完整的數(shù)據(jù)寫入。

或許有人會(huì)Facebook這一解決方案的名字感到好奇，這是因?yàn)镕acebook的Hadoop工程師Dhruba Borthakur來(lái)到公司時(shí)正好是James Cameron《阿凡達(dá)》電影熱映時(shí)間。（我們應(yīng)該感到慶幸，如果是1998年的話或許應(yīng)該叫TitanicNode了）。

AvatarNode經(jīng)受住了Facebook內(nèi)部最苛刻的工作環(huán)境，未來(lái)Facebook將繼續(xù)大幅度改善AvatarNode的可靠性和HDFS集群的管理性。并整合與一般高可用性框架的整合，還將實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、自動(dòng)化與安全故障轉(zhuǎn)移等特性。

Facebook已將自身使用的Hadoop與AvatarNode解決方案托管到GitHub。感興趣的朋友可下載研究。當(dāng)然不止Facebook在試圖解決Hadoop的缺陷，MapR和Cloudera的產(chǎn)品也具備相似的能力。