Hadoop 系列（八）—— 基於 ZooKeeper 搭建 Hadoop 高可用集羣

時間  2019-11-21
標籤 hadoop 系列 基於 zookeeper 搭建 可用 集羣 欄目 Hadoop 简体版
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1、高可用簡介

Hadoop 高可用 (High Availability) 分爲 HDFS 高可用和 YARN 高可用，二者的實現基本相似，但 HDFS NameNode 對數據存儲及其一致性的要求比 YARN ResourceManger 高得多，因此它的實現也更加複雜，故下面先進行講解：html

1.1 高可用總體架構

HDFS 高可用架構以下：java

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

HDFS 高可用架構主要由如下組件所構成：git

  • Active NameNode 和 Standby NameNode：兩臺 NameNode 造成互備，一臺處於 Active 狀態，爲主 NameNode，另一臺處於 Standby 狀態，爲備 NameNode，只有主 NameNode 才能對外提供讀寫服務。github

  • 主備切換控制器 ZKFailoverController：ZKFailoverController 做爲獨立的進程運行，對 NameNode 的主備切換進行整體控制。ZKFailoverController 能及時檢測到 NameNode 的健康情況，在主 NameNode 故障時藉助 Zookeeper 實現自動的主備選舉和切換，固然 NameNode 目前也支持不依賴於 Zookeeper 的手動主備切換。web

  • Zookeeper 集羣：爲主備切換控制器提供主備選舉支持。shell

  • 共享存儲系統：共享存儲系統是實現 NameNode 的高可用最爲關鍵的部分，共享存儲系統保存了 NameNode 在運行過程當中所產生的 HDFS 的元數據。主 NameNode 和 NameNode 經過共享存儲系統實現元數據同步。在進行主備切換的時候，新的主 NameNode 在確認元數據徹底同步以後才能繼續對外提供服務。apache

  • DataNode 節點：除了經過共享存儲系統共享 HDFS 的元數據信息以外，主 NameNode 和備 NameNode 還須要共享 HDFS 的數據塊和 DataNode 之間的映射關係。DataNode 會同時向主 NameNode 和備 NameNode 上報數據塊的位置信息。vim

1.2 基於 QJM 的共享存儲系統的數據同步機制分析

目前 Hadoop 支持使用 Quorum Journal Manager (QJM) 或 Network File System (NFS) 做爲共享的存儲系統，這裏以 QJM 集羣爲例進行說明：Active NameNode 首先把 EditLog 提交到 JournalNode 集羣，而後 Standby NameNode 再從 JournalNode 集羣定時同步 EditLog，當 Active NameNode 宕機後， Standby NameNode 在確認元數據徹底同步以後就能夠對外提供服務。服務器

須要說明的是向 JournalNode 集羣寫入 EditLog 是遵循 「過半寫入則成功」 的策略，因此你至少要有 3 個 JournalNode 節點，固然你也能夠繼續增長節點數量，可是應該保證節點總數是奇數。同時若是有 2N+1 臺 JournalNode，那麼根據過半寫的原則，最多能夠容忍有 N 臺 JournalNode 節點掛掉。

1.3 NameNode 主備切換

NameNode 實現主備切換的流程下圖所示：

  1. HealthMonitor 初始化完成以後會啓動內部的線程來定時調用對應 NameNode 的 HAServiceProtocol RPC 接口的方法，對 NameNode 的健康狀態進行檢測。
  2. HealthMonitor 若是檢測到 NameNode 的健康狀態發生變化，會回調 ZKFailoverController 註冊的相應方法進行處理。
  3. 若是 ZKFailoverController 判斷須要進行主備切換，會首先使用 ActiveStandbyElector 來進行自動的主備選舉。
  4. ActiveStandbyElector 與 Zookeeper 進行交互完成自動的主備選舉。
  5. ActiveStandbyElector 在主備選舉完成後，會回調 ZKFailoverController 的相應方法來通知當前的 NameNode 成爲主 NameNode 或備 NameNode。
  6. ZKFailoverController 調用對應 NameNode 的 HAServiceProtocol RPC 接口的方法將 NameNode 轉換爲 Active 狀態或 Standby 狀態。

1.4 YARN高可用

YARN ResourceManager 的高可用與 HDFS NameNode 的高可用相似，可是 ResourceManager 不像 NameNode ，沒有那麼多的元數據信息須要維護，因此它的狀態信息能夠直接寫到 Zookeeper 上，並依賴 Zookeeper 來進行主備選舉。

2、集羣規劃

按照高可用的設計目標：須要保證至少有兩個 NameNode (一主一備) 和 兩個 ResourceManager (一主一備) ，同時爲知足「過半寫入則成功」的原則，須要至少要有 3 個 JournalNode 節點。這裏使用三臺主機進行搭建，集羣規劃以下：

3、前置條件

4、集羣配置

4.1 下載並解壓

下載 Hadoop。這裏我下載的是 CDH 版本 Hadoop，下載地址爲：http://archive.cloudera.com/cdh5/cdh/5/

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

4.2 配置環境變量

編輯 profile 文件：

# vim /etc/profile

增長以下配置：

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

執行 source 命令，使得配置當即生效：

# source /etc/profile

4.3 修改配置

進入 ${HADOOP_HOME}/etc/hadoop 目錄下，修改配置文件。各個配置文件內容以下：

1. hadoop-env.sh

# 指定JDK的安裝位置
export JAVA_HOME=/usr/java/jdk1.8.0_201/

2. core-site.xml

<configuration>
    <property>
        <!-- 指定 namenode 的 hdfs 協議文件系統的通訊地址 -->
        <name>fs.defaultFS</name>
        <value>hdfs://hadoop001:8020</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 指定 hadoop 集羣存儲臨時文件的目錄 -->
        <name>hadoop.tmp.dir</name>
        <value>/home/hadoop/tmp</value>
    </property>
    <property>
        <!-- ZooKeeper 集羣的地址 -->
        <name>ha.zookeeper.quorum</name>
        <value>hadoop001:2181,hadoop002:2181,hadoop002:2181</value>
    </property>
    <property>
        <!-- ZKFC 鏈接到 ZooKeeper 超時時長 -->
        <name>ha.zookeeper.session-timeout.ms</name>
        <value>10000</value>
    </property>
</configuration>

3. hdfs-site.xml

<configuration>
    <property>
        <!-- 指定 HDFS 副本的數量 -->
        <name>dfs.replication</name>
        <value>3</value>
    </property>
    <property>
        <!-- namenode 節點數據（即元數據）的存放位置，能夠指定多個目錄實現容錯，多個目錄用逗號分隔 -->
        <name>dfs.namenode.name.dir</name>
        <value>/home/hadoop/namenode/data</value>
    </property>
    <property>
        <!-- datanode 節點數據（即數據塊）的存放位置 -->
        <name>dfs.datanode.data.dir</name>
        <value>/home/hadoop/datanode/data</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 集羣服務的邏輯名稱 -->
        <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 通訊地址 -->
        <name>dfs.namenode.rpc-address.mycluster.nn1</name>
        <value>hadoop001:8020</value>
    </property>
    <property>
        <!-- nn2 的 RPC 通訊地址 -->
        <name>dfs.namenode.rpc-address.mycluster.nn2</name>
        <value>hadoop002:8020</value>
    </property>
    <property>
        <!-- nn1 的 http 通訊地址 -->
        <name>dfs.namenode.http-address.mycluster.nn1</name>
        <value>hadoop001:50070</value>
    </property>
    <property>
        <!-- nn2 的 http 通訊地址 -->
        <name>dfs.namenode.http-address.mycluster.nn2</name>
        <value>hadoop002:50070</value>
    </property>
    <property>
        <!-- NameNode 元數據在 JournalNode 上的共享存儲目錄 -->
        <name>dfs.namenode.shared.edits.dir</name>
        <value>qjournal://hadoop001:8485;hadoop002:8485;hadoop003:8485/mycluster</value>
    </property>
    <property>
        <!-- Journal Edit Files 的存儲目錄 -->
        <name>dfs.journalnode.edits.dir</name>
        <value>/home/hadoop/journalnode/data</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 配置隔離機制，確保在任何給定時間只有一個 NameNode 處於活動狀態 -->
        <name>dfs.ha.fencing.methods</name>
        <value>sshfence</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 使用 sshfence 機制時須要 ssh 免密登陸 -->
        <name>dfs.ha.fencing.ssh.private-key-files</name>
        <value>/root/.ssh/id_rsa</value>
    </property>
    <property>
        <!-- SSH 超時時間 -->
        <name>dfs.ha.fencing.ssh.connect-timeout</name>
        <value>30000</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 訪問代理類，用於肯定當前處於 Active 狀態的 NameNode -->
        <name>dfs.client.failover.proxy.provider.mycluster</name>
        <value>org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.ha.ConfiguredFailoverProxyProvider</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 開啓故障自動轉移 -->
        <name>dfs.ha.automatic-failover.enabled</name>
        <value>true</value>
    </property>
</configuration>

4. yarn-site.xml

<configuration>
    <property>
        <!--配置 NodeManager 上運行的附屬服務。須要配置成 mapreduce_shuffle 後才能夠在 Yarn 上運行 MapReduce 程序。-->
        <name>yarn.nodemanager.aux-services</name>
        <value>mapreduce_shuffle</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 是否啓用日誌聚合 (可選) -->
        <name>yarn.log-aggregation-enable</name>
        <value>true</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 聚合日誌的保存時間 (可選) -->
        <name>yarn.log-aggregation.retain-seconds</name>
        <value>86400</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 啓用 RM HA -->
        <name>yarn.resourcemanager.ha.enabled</name>
        <value>true</value>
    </property>
    <property>
        <!-- RM 集羣標識 -->
        <name>yarn.resourcemanager.cluster-id</name>
        <value>my-yarn-cluster</value>
    </property>
    <property>
        <!-- RM 的邏輯 ID 列表 -->
        <name>yarn.resourcemanager.ha.rm-ids</name>
        <value>rm1,rm2</value>
    </property>
    <property>
        <!-- RM1 的服務地址 -->
        <name>yarn.resourcemanager.hostname.rm1</name>
        <value>hadoop002</value>
    </property>
    <property>
        <!-- RM2 的服務地址 -->
        <name>yarn.resourcemanager.hostname.rm2</name>
        <value>hadoop003</value>
    </property>
    <property>
        <!-- RM1 Web 應用程序的地址 -->
        <name>yarn.resourcemanager.webapp.address.rm1</name>
        <value>hadoop002:8088</value>
    </property>
    <property>
        <!-- RM2 Web 應用程序的地址 -->
        <name>yarn.resourcemanager.webapp.address.rm2</name>
        <value>hadoop003:8088</value>
    </property>
    <property>
        <!-- ZooKeeper 集羣的地址 -->
        <name>yarn.resourcemanager.zk-address</name>
        <value>hadoop001:2181,hadoop002:2181,hadoop003:2181</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 啓用自動恢復 -->
        <name>yarn.resourcemanager.recovery.enabled</name>
        <value>true</value>
    </property>
    <property>
        <!-- 用於進行持久化存儲的類 -->
        <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 做業運行在 yarn 上-->
        <name>mapreduce.framework.name</name>
        <value>yarn</value>
    </property>
</configuration>

5. slaves

配置全部從屬節點的主機名或 IP 地址，每行一個。全部從屬節點上的 DataNode 服務和 NodeManager 服務都會被啓動。

hadoop001
hadoop002
hadoop003

4.4 分發程序

將 Hadoop 安裝包分發到其餘兩臺服務器，分發後建議在這兩臺服務器上也配置一下 Hadoop 的環境變量。

# 將安裝包分發到hadoop002
scp -r /usr/app/hadoop-2.6.0-cdh5.15.2/  hadoop002:/usr/app/
# 將安裝包分發到hadoop003
scp -r /usr/app/hadoop-2.6.0-cdh5.15.2/  hadoop003:/usr/app/

5、啓動集羣

5.1 啓動ZooKeeper

分別到三臺服務器上啓動 ZooKeeper 服務：

zkServer.sh start

5.2 啓動Journalnode

分別到三臺服務器的的 ${HADOOP_HOME}/sbin 目錄下，啓動 journalnode 進程：

hadoop-daemon.sh start journalnode

5.3 初始化NameNode

在 hadop001 上執行 NameNode 初始化命令：

hdfs namenode -format

執行初始化命令後，須要將 NameNode 元數據目錄的內容，複製到其餘未格式化的 NameNode 上。元數據存儲目錄就是咱們在 hdfs-site.xml 中使用 dfs.namenode.name.dir 屬性指定的目錄。這裏咱們須要將其複製到 hadoop002 上：

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

5.4 初始化HA狀態

在任意一臺 NameNode 上使用如下命令來初始化 ZooKeeper 中的 HA 狀態：

hdfs zkfc -formatZK

5.5 啓動HDFS

進入到 hadoop001 的 ${HADOOP_HOME}/sbin 目錄下，啓動 HDFS。此時 hadoop001 和 hadoop002 上的 NameNode 服務，和三臺服務器上的 DataNode 服務都會被啓動：

start-dfs.sh

5.6 啓動YARN

進入到 hadoop002 的 ${HADOOP_HOME}/sbin 目錄下，啓動 YARN。此時 hadoop002 上的 ResourceManager 服務，和三臺服務器上的 NodeManager 服務都會被啓動：

start-yarn.sh

須要注意的是，這個時候 hadoop003 上的 ResourceManager 服務一般是沒有啓動的，須要手動啓動：

yarn-daemon.sh start resourcemanager

6、查看集羣

6.1 查看進程

成功啓動後，每臺服務器上的進程應該以下：

[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 的端口號分別爲 50070 和 8080，界面應該以下：

此時 hadoop001 上的 NameNode 處於可用狀態：

而 hadoop002 上的 NameNode 則處於備用狀態：



hadoop002 上的 ResourceManager 處於可用狀態：



hadoop003 上的 ResourceManager 則處於備用狀態：



同時界面上也有 Journal Manager 的相關信息：


7、集羣的二次啓動

上面的集羣初次啓動涉及到一些必要初始化操做，因此過程略顯繁瑣。可是集羣一旦搭建好後，想要再次啓用它是比較方便的，步驟以下（首選須要確保 ZooKeeper 集羣已經啓動）：

在 hadoop001 啓動 HDFS，此時會啓動全部與 HDFS 高可用相關的服務，包括 NameNode，DataNode 和 JournalNode：

start-dfs.sh

在 hadoop002 啓動 YARN：

start-yarn.sh

這個時候 hadoop003 上的 ResourceManager 服務一般仍是沒有啓動的，須要手動啓動：

yarn-daemon.sh start resourcemanager

參考資料

以上搭建步驟主要參考自官方文檔：

關於 Hadoop 高可用原理的詳細分析，推薦閱讀：

Hadoop NameNode 高可用 (High Availability) 實現解析

更多大數據系列文章能夠參見 GitHub 開源項目： 大數據入門指南

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