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

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

HDFS Namenode是如何工作的？

HDFS客戶端通過被稱之為Namenode單服務器節(jié)點執(zhí)行文件系統(tǒng)原數(shù)據(jù)操作，同時DataNode會與其他DataNode進行通信并復制數(shù)據(jù)塊以實現(xiàn)冗余，這樣單一的DataNode損壞不會導致集群的數(shù)據(jù)丟失。

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

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

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

Facebook數(shù)據(jù)倉庫的使用

在Facebook的數(shù)據(jù)倉庫中部署著***的HDFS集群，數(shù)據(jù)倉庫的使用情況是傳統(tǒng)的Hadoop MapReduce工作負載——在大型集群中一小部分運行MapReduce批處理作業(yè)

因為集群非常龐大，客戶端和眾多DataNode節(jié)點與NameNode節(jié)點傳輸海量的原數(shù)據(jù)，這導致NameNode的負載非常沉重。而來自CPU、內(nèi)存、磁盤和網(wǎng)絡帶來的壓力也使得數(shù)據(jù)倉庫集群中NameNode高負載狀況屢見不鮮。在使用過程中Facebook發(fā)現(xiàn)其數(shù)據(jù)倉庫中由于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，同時也是整個數(shù)據(jù)倉庫中的重要組成部分。雖然高可用的NameNode只可以預防數(shù)據(jù)倉庫10%的計劃外停機，不過消除NameNode對于SPOF來說可謂是重大的勝利，因為這使得Facebook可執(zhí)行預訂的硬件和軟件回復。事實上，F(xiàn)acebook預計如果解決NameNode可消除集群50%的計劃停機時間。

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

在此結構中，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故障轉移的解決方案

為了解決單NameNode節(jié)點的設計缺陷，大約在兩年前Facebook開始在內(nèi)部使用AvatarNode工作。

同時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貢獻到了開源社區(qū)。經(jīng)過無數(shù)次的測試和Bug修復，AvatarNode目前已在Facebook***的Hadoop數(shù)據(jù)倉庫中穩(wěn)定運行。在這里很大程度上要感謝Facebook的工程師Dmytro Molkov。

當發(fā)生故障時，AvatarNode的兩個高可用NameNode節(jié)點可手動故障轉移。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
• 當前Master主機名保存在ZooKeeper之中
• 改進的DataNode發(fā)送block reports到Primary NameNode與Standby NameNode
• 改進的HDFS客戶端將在每個事物開始之前對Zookeeper進行檢查，如果失敗會轉移到另外的事務之中。同時如果AvatarNode故障轉移出現(xiàn)在寫入的過程中，AvatarNode的機制將允許保證完整的數(shù)據(jù)寫入。

或許有人會Facebook這一解決方案的名字感到好奇，這是因為Facebook的Hadoop工程師Dhruba Borthakur來到公司時正好是James Cameron《阿凡達》電影熱映時間。（我們應該感到慶幸，如果是1998年的話或許應該叫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，還將實現(xiàn)無人值守、自動化與安全故障轉移等特性。

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。