一、高可用简介

Hadoop 高可用 (High Availability) 分为 HDFS 高可用和 YARN 高可用,两者的实现基本类似,但 HDFS NameNode 对数据存储及其一致性的要求比 YARN ResourceManger 高得多,所以它的实现也更加复杂,故下面先进行讲解:

1.1 高可用整体架构

HDFS 高可用架构如下:

HDFS-HA-Architecture-Edureka

图片引用自:https://www.edureka.co/blog/how-to-set-up-hadoop-cluster-with-hdfs-high-availability/

HDFS 高可用架构主要由以下组件所构成:

  • Active NameNode 和 Standby NameNode:两台 NameNode 形成互备,一台处于 Active 状态,为主 NameNode,另外一台处于 Standby 状态,为备 NameNode,只有主 NameNode 才能对外提供读写服务。
  • 主备切换控制器 ZKFailoverController:ZKFailoverController 作为独立的进程运行,对 NameNode 的主备切换进行总体控制。ZKFailoverController 能及时检测到 NameNode 的健康状况,在主 NameNode 故障时借助 Zookeeper 实现自动的主备选举和切换,当然 NameNode 目前也支持不依赖于 Zookeeper 的手动主备切换。
  • Zookeeper 集群:为主备切换控制器提供主备选举支持。
  • 共享存储系统:共享存储系统是实现 NameNode 的高可用最为关键的部分,共享存储系统保存了 NameNode 在运行过程中所产生的 HDFS 的元数据。主 NameNode 和 NameNode 通过共享存储系统实现元数据同步。在进行主备切换的时候,新的主 NameNode 在确认元数据完全同步之后才能继续对外提供服务。
  • DataNode 节点:除了通过共享存储系统共享 HDFS 的元数据信息之外,主 NameNode 和备 NameNode 还需要共享 HDFS 的数据块和 DataNode 之间的映射关系。DataNode 会同时向主 NameNode 和备 NameNode 上报数据块的位置信息。

1.2 基于 QJM 的共享存储系统的数据同步机制分析

目前 Hadoop 支持使用 Quorum Journal Manager (QJM) 或 Network File System (NFS) 作为共享的存储系统,这里以 QJM 集群为例进行说明:Active NameNode 首先把 EditLog 提交到 JournalNode 集群,然后 Standby NameNode 再从 JournalNode 集群定时同步 EditLog,当 Active NameNode 宕机后, Standby NameNode 在确认元数据完全同步之后就可以对外提供服务。

需要说明的是向 JournalNode 集群写入 EditLog 是遵循 “过半写入则成功” 的策略,所以你至少要有3个 JournalNode 节点,当然你也可以继续增加节点数量,但是应该保证节点总数是奇数。同时如果有 2N+1 台 JournalNode,那么根据过半写的原则,最多可以容忍有 N 台 JournalNode 节点挂掉。

hadoop-QJM-同步机制

1.3 NameNode 主备切换

NameNode 实现主备切换的流程下图所示:

hadoop-namenode主备切换

  1. HealthMonitor 初始化完成之后会启动内部的线程来定时调用对应 NameNode 的 HAServiceProtocol RPC 接口的方法,对 NameNode 的健康状态进行检测。

  2. HealthMonitor 如果检测到 NameNode 的健康状态发生变化,会回调 ZKFailoverController 注册的相应方法进行处理。

  3. 如果 ZKFailoverController 判断需要进行主备切换,会首先使用 ActiveStandbyElector 来进行自动的主备选举。

  4. ActiveStandbyElector 与 Zookeeper 进行交互完成自动的主备选举。

  5. ActiveStandbyElector 在主备选举完成后,会回调 ZKFailoverController 的相应方法来通知当前的 NameNode 成为主 NameNode 或备 NameNode。

  6. ZKFailoverController 调用对应 NameNode 的 HAServiceProtocol RPC 接口的方法将 NameNode 转换为 Active 状态或 Standby 状态。

1.4 YARN高可用

YARN ResourceManager 的高可用与 HDFS NameNode 的高可用类似,但是 ResourceManager 不像 NameNode ,没有那么多的元数据信息需要维护,所以它的状态信息可以直接写到 Zookeeper 上,并依赖 Zookeeper 来进行主备选举。

hadoop-rm-ha-overview

二、集群规划

按照高可用的设计目标:需要保证至少有两个 NameNode (一主一备) 和 两个 ResourceManager (一主一备) ,同时为满足“过半写入则成功”的原则,需要至少要有3个 JournalNode 节点。这里使用三台主机进行搭建,集群规划如下:

hadoop高可用集群规划

三、前置条件

四、集群配置

4.1 下载并解压

下载Hadoop。这里我下载的是CDH版本Hadoop,下载地址为:http://archive.cloudera.com/cdh5/cdh/5/

# tar -zvxf hadoop-2.6.0-cdh5.15.2.tar.gz 

4.2 配置环境变量

编辑profile文件:

# vim /etc/profile

增加如下配置:

export HADOOP_HOME=/usr/app/hadoop-2.6.0-cdh5.15.2
export  PATH=${HADOOP_HOME}/bin:$PATH

执行source命令,使得配置立即生效:

# source /etc/profile

4.3 修改配置

进入${HADOOP_HOME}/etc/hadoop目录下,修改配置文件。各个配置文件内容如下:

1. hadoop-env.sh

# 指定JDK的安装位置
export JAVA_HOME=/usr/java/jdk1.8.0_201/

2. core-site.xml

<configuration>
    <property>
        <!-- 指定namenode的hdfs协议文件系统的通信地址 -->
        <name>fs.defaultFS</name>
        <value>hdfs://hadoop001:8020</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 指定hadoop集群存储临时文件的目录 -->
        <name>hadoop.tmp.dir</name>
        <value>/home/hadoop/tmp</value>
    </property>
    <property>
        <!-- ZooKeeper集群的地址 -->
        <name>ha.zookeeper.quorum</name>
        <value>hadoop001:2181,hadoop002:2181,hadoop002:2181</value>
    </property>
    <property>
        <!-- ZKFC连接到ZooKeeper超时时长 -->
        <name>ha.zookeeper.session-timeout.ms</name>
        <value>10000</value>
    </property>
</configuration>

3. hdfs-site.xml

<configuration>
    <property>
        <!-- 指定HDFS副本的数量 -->
        <name>dfs.replication</name>
        <value>3</value>
    </property>
    <property>
        <!-- namenode节点数据(即元数据)的存放位置,可以指定多个目录实现容错,多个目录用逗号分隔 -->
        <name>dfs.namenode.name.dir</name>
        <value>/home/hadoop/namenode/data</value>
    </property>
    <property>
        <!-- datanode节点数据(即数据块)的存放位置 -->
        <name>dfs.datanode.data.dir</name>
        <value>/home/hadoop/datanode/data</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 集群服务的逻辑名称 -->
        <name>dfs.nameservices</name>
        <value>mycluster</value>
    </property>
    <property>
        <!-- NameNode ID列表-->
        <name>dfs.ha.namenodes.mycluster</name>
        <value>nn1,nn2</value>
    </property>
    <property>
        <!-- nn1的RPC通信地址 -->
        <name>dfs.namenode.rpc-address.mycluster.nn1</name>
        <value>hadoop001:8020</value>
    </property>
    <property>
        <!-- nn2的RPC通信地址 -->
        <name>dfs.namenode.rpc-address.mycluster.nn2</name>
        <value>hadoop002:8020</value>
    </property>
    <property>
        <!-- nn1的http通信地址 -->
        <name>dfs.namenode.http-address.mycluster.nn1</name>
        <value>hadoop001:50070</value>
    </property>
    <property>
        <!-- nn2的http通信地址 -->
        <name>dfs.namenode.http-address.mycluster.nn2</name>
        <value>hadoop002:50070</value>
    </property>
    <property>
        <!-- NameNode元数据在JournalNode上的共享存储目录 -->
        <name>dfs.namenode.shared.edits.dir</name>
        <value>qjournal://hadoop001:8485;hadoop002:8485;hadoop003:8485/mycluster</value>
    </property>
    <property>
        <!-- Journal Edit Files的存储目录 -->
        <name>dfs.journalnode.edits.dir</name>
        <value>/home/hadoop/journalnode/data</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 配置隔离机制,确保在任何给定时间只有一个NameNode处于活动状态 -->
        <name>dfs.ha.fencing.methods</name>
        <value>sshfence</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 使用sshfence机制时需要ssh免密登录 -->
        <name>dfs.ha.fencing.ssh.private-key-files</name>
        <value>/root/.ssh/id_rsa</value>
    </property>
    <property>
        <!-- SSH超时时间 -->
        <name>dfs.ha.fencing.ssh.connect-timeout</name>
        <value>30000</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 访问代理类,用于确定当前处于Active状态的NameNode -->
        <name>dfs.client.failover.proxy.provider.mycluster</name>
        <value>org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.ha.ConfiguredFailoverProxyProvider</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 开启故障自动转移 -->
        <name>dfs.ha.automatic-failover.enabled</name>
        <value>true</value>
    </property>
</configuration>

4. yarn-site.xml

<configuration>
    <property>
        <!--配置NodeManager上运行的附属服务。需要配置成mapreduce_shuffle后才可以在Yarn上运行MapReduce程序。-->
        <name>yarn.nodemanager.aux-services</name>
        <value>mapreduce_shuffle</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 是否启用日志聚合(可选) -->
        <name>yarn.log-aggregation-enable</name>
        <value>true</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 聚合日志的保存时间(可选) -->
        <name>yarn.log-aggregation.retain-seconds</name>
        <value>86400</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 启用RM HA -->
        <name>yarn.resourcemanager.ha.enabled</name>
        <value>true</value>
    </property>
    <property>
        <!-- RM集群标识 -->
        <name>yarn.resourcemanager.cluster-id</name>
        <value>my-yarn-cluster</value>
    </property>
    <property>
        <!-- RM的逻辑ID列表 -->
        <name>yarn.resourcemanager.ha.rm-ids</name>
        <value>rm1,rm2</value>
    </property>
    <property>
        <!-- RM1的服务地址 -->
        <name>yarn.resourcemanager.hostname.rm1</name>
        <value>hadoop002</value>
    </property>
    <property>
        <!-- RM2的服务地址 -->
        <name>yarn.resourcemanager.hostname.rm2</name>
        <value>hadoop003</value>
    </property>
    <property>
        <!-- RM1 Web应用程序的地址 -->
        <name>yarn.resourcemanager.webapp.address.rm1</name>
        <value>hadoop002:8088</value>
    </property>
    <property>
        <!-- RM2 Web应用程序的地址 -->
        <name>yarn.resourcemanager.webapp.address.rm2</name>
        <value>hadoop003:8088</value>
    </property>
    <property>
        <!-- ZooKeeper集群的地址 -->
        <name>yarn.resourcemanager.zk-address</name>
        <value>hadoop001:2181,hadoop002:2181,hadoop003:2181</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 启用自动恢复 -->
        <name>yarn.resourcemanager.recovery.enabled</name>
        <value>true</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 用于进行持久化存储的类 -->
        <name>yarn.resourcemanager.store.class</name>
        <value>org.apache.hadoop.yarn.server.resourcemanager.recovery.ZKRMStateStore</value>
    </property>
</configuration>

5. mapred-site.xml

<configuration>
    <property>
        <!--指定mapreduce作业运行在yarn上-->
        <name>mapreduce.framework.name</name>
        <value>yarn</value>
    </property>
</configuration>

5. slaves

配置所有从属节点的主机名或IP地址,每行一个。所有从属节点上的DataNode服务和NodeManager服务都会被启动。

hadoop001
hadoop002
hadoop003

4.4 分发程序

将Hadoop安装包分发到其他两台服务器,分发后建议在这两台服务器上也配置一下Hadoop的环境变量。

# 将安装包分发到hadoop002
scp -r /usr/app/hadoop-2.6.0-cdh5.15.2/  hadoop002:/usr/app/
# 将安装包分发到hadoop003
scp -r /usr/app/hadoop-2.6.0-cdh5.15.2/  hadoop003:/usr/app/

五、启动集群

5.1 启动ZooKeeper

分别到三台服务器上启动ZooKeeper服务:

 zkServer.sh start

5.2 启动Journalnode

分别到三台服务器的的${HADOOP_HOME}/sbin目录下,启动journalnode进程:

hadoop-daemon.sh start journalnode

5.3 初始化NameNode

hadop001上执行NameNode初始化命令:

hdfs namenode -format

执行初始化命令后,需要将NameNode元数据目录的内容,复制到其他未格式化的NameNode上。元数据存储目录就是我们在hdfs-site.xml中使用dfs.namenode.name.dir属性指定的目录。这里我们需要将其复制到hadoop002上:

 scp -r /home/hadoop/namenode/data hadoop002:/home/hadoop/namenode/

5.4 初始化HA状态

在任意一台NameNode上使用以下命令来初始化ZooKeeper中的HA状态:

hdfs zkfc -formatZK

5.5 启动HDFS

进入到hadoop001${HADOOP_HOME}/sbin目录下,启动HDFS。此时hadoop001hadoop002上的NameNode服务,和三台服务器上的DataNode服务都会被启动:

start-dfs.sh

5.6 启动YARN

进入到hadoop002${HADOOP_HOME}/sbin目录下,启动YARN。此时hadoop002上的ResourceManager服务,和三台服务器上的NodeManager服务都会被启动:

start-yarn.sh

需要注意的是,这个时候hadoop003上的ResourceManager服务通常是没有启动的,需要手动启动:

yarn-daemon.sh start resourcemanager

六、查看集群

6.1 查看进程

成功启动后,每台服务器上的进程应该如下:

[root@hadoop001 sbin]# jps
4512 DFSZKFailoverController
3714 JournalNode
4114 NameNode
3668 QuorumPeerMain
5012 DataNode
4639 NodeManager

[root@hadoop002 sbin]# jps
4499 ResourceManager
4595 NodeManager
3465 QuorumPeerMain
3705 NameNode
3915 DFSZKFailoverController
5211 DataNode
3533 JournalNode

[root@hadoop003 sbin]# jps
3491 JournalNode
3942 NodeManager
4102 ResourceManager
4201 DataNode
3435 QuorumPeerMain

6.2 查看Web UI

HDFS和YARN的端口号分别为500708080,界面应该如下:

此时hadoop001上的NameNode处于可用状态:

hadoop高可用集群1

而hadoop002上的NameNode则处于备用状态:

hadoop高可用集群3

hadoop002上的ResourceManager处于可用状态:

hadoop高可用集群4

hadoop003上的ResourceManager则处于备用状态:

hadoop高可用集群5

同时界面上也有Journal Manager的相关信息:

hadoop高可用集群2

七、集群的二次启动

上面的集群初次启动涉及到一些必要初始化操作,所以过程略显繁琐。但是集群一旦搭建好后,想要再次启用它是比较方便的,步骤如下(首选需要确保ZooKeeper集群已经启动):

hadoop001启动 HDFS,此时会启动所有与 HDFS 高可用相关的服务,包括 NameNode,DataNode 和 JournalNode:

start-dfs.sh

hadoop002启动YARN:

start-yarn.sh

这个时候hadoop003上的ResourceManager服务通常还是没有启动的,需要手动启动:

yarn-daemon.sh start resourcemanager

参考资料

以上搭建步骤主要参考自官方文档:

关于Hadoop高可用原理的详细分析,推荐阅读:

Hadoop NameNode 高可用 (High Availability) 实现解析

更多大数据系列文章可以参见个人 GitHub 开源项目: 大数据入门指南