HA 高可用集群概述及其原理解析

1. 概述

1）所谓HA（High Available），即高可用（7*24小时不中断服务）。

2）实现高可用最关键的策略是消除单点故障。HA严格来说应该分成各个组件的HA机制：HDFS 的HA和YARN的HA。

3）Hadoop2.0之前，在HDFS集群中NameNode存在单点故障（SPOF）。

4）NameNode主要在以下两个方面影响HDFS集群：

NameNode机器发生意外，如宕机，集群将无法使用，直到管理员重启

NameNode机器需要升级，包括软件、硬件升级，此时集群也将无法使用

针对这些个问题，大佬们提供了如下的解决方式：

HDFS HA功能通过配置Active/Standby两个NameNodes实现在集群中对NameNode的热备来解决上述问题。如果出现故障，如机器崩溃或机器需要升级维护，这时可通过此种方式将NameNode很快的切换到另外一台机器。

总的来说就是：一台机器不够用，那我就多搞几台，毕竟多台机器一起挂掉的概率小一点嘛。这几台机器如何配合呢？注意提到节点的Active和Standby状态，就是说有一台节点是Active模式，也就是工作模式，其他的呢，就是卖呆模式。干活的如果挂了，卖呆的就选出一台顶上去。

2 . HDFS-HA工作要点

1). 元数据管理方式需要发生如下的改变：

两个NameNode内存中各自保存一份元数据，原来只有一份，现在大家都有；

Edits日志只有Active（工作）状态的NameNode节点可以做写操作，卖呆的只能读；

两个NameNode都可以读取Edits；

共享的Edits放在一个共享存储中管理（qjournal和NFS两个主流实现），这样各个节点就都能看得到；

2). 需要一个状态管理功能模块

每个NameNode节点都有一个zkfailover客户端，常驻在每一个NameNode所在的节点，每一个zkfailover负责监控自己所在NameNode节点，并且给自己的节点状态进行标识，将这个标识注册到zookeeper里，当需要进行状态切换时，由zkfailover来负责切换，切换时需要防止brain split（脑裂：即多个NameNode一起工作，造成数据不一致）现象的发生。

3). 必须保证两个NameNode之间能够ssh无密码登录，两个节点要能够随时通信

4). 隔离（Fence），即同一时刻仅仅有一个NameNode对外提供服务（两个同时，会脑裂哒）

3. HDFS-HA自动故障转移工作机制

前面已经了解了HA工作的要点，那么如何配置部署HA自动进行故障转移。自动故障转移为HDFS部署增加了两个新组件：ZooKeeper和ZKFailoverController（ZKFC）进程，如图所示。

ZooKeeper（在Zookeeper随笔分类下有专门的详细阐述）的功能主要是维护少量协调数据，通知客户端这些数据的改变和监视客户端故障的高可用服务。HA的自动故障转移依赖于ZooKeeper的以下功能：

1）故障检测：集群中的每个NameNode在ZooKeeper中维护了一个持久会话，如果机器崩溃，ZooKeeper中的会话将终止，ZooKeeper通知另一个NameNode需要触发故障转移，赶紧上位。

2）现役NameNode选择：ZooKeeper提供了一个简单的机制用于唯一的选择一个节点为active状态。如果目前现役NameNode崩溃，另一个节点可能从ZooKeeper获得特殊的排外锁以表明它应该成为现役NameNode。ZKFC是自动故障转移中的另一个新组件，是ZooKeeper的客户端，也监视和管理NameNode的状态。每个运行NameNode的主机也运行了一个ZKFC进程，ZKFC负责：

健康监测：ZKFC使用一个健康检查命令定期地ping与之在相同主机的NameNode，只要该NameNode及时地回复健康状态，ZKFC认为该节点是健康的。如果该节点崩溃，冻结或进入不健康状态，健康监测器标识该节点为非健康的。
ZooKeeper会话管理：当本地NameNode是健康的，ZKFC保持一个在ZooKeeper中打开的会话。如果本地NameNode处于active状态，ZKFC也保持一个特殊的znode锁，该锁使用了ZooKeeper对短暂节点的支持，如果会话终止，锁节点将自动删除。
基于ZooKeeper的选择：如果本地NameNode是健康的，且ZKFC发现没有其它的节点当前持有znode锁，它将为自己获取该锁。如果成功，则它已经赢得了选择，并负责运行故障转移进程以使它的本地NameNode为Active。故障转移进程与前面描述的手动故障转移相似，首先如果必要保护之前的现役NameNode，然后本地NameNode转换为Active状态。

参考资料: 尚硅谷Hadoop(HDFS)讲义