ZKFailoverController( zkfc)介绍

1.基本原理

zk的基本特性：
(1) 可靠存储小量数据且提供强一致性
(2) ephemeral node, 在创建它的客户端关闭后，可以自动删除
(3) 对于node状态的变化，可以提供异步的通知(watcher)

zk在zkfc中可以提供的功能：
(1) Failure detector: 及时发现出故障的NN，并通知zkfc
(2) Active node locator: 帮助客户端定位哪个是Active的NN
(3) Mutual exclusion of active state: 保证某一时刻只有一个Active的NN

2. 模块

(1) ZKFailoverController(DFSZKFailoverController): 驱动整个ZKFC的运转，通过向HealthMonitor和ActiveStandbyElector注册回调函数的方式，subscribe HealthMonitor和ActiveStandbyElector的事件，并做相应的处理
(2) HealthMonitor: 定期check NN的健康状况，在NN健康状况发生变化时，通过回调函数把变化通知给ZKFailoverController
(3) ActiveStandbyElector: 管理NN在zookeeper上的状态，zookeeper上对应node的结点发生变化时，通过回调函数把变化通知给ZKFailoverController
(4) FailoverController: 提供做graceful failover的相关功能(dfs admin可以通过命令行工具手工发起failover) 

3. 系统架构

如上图所示，通常情况下Namenode和ZKFC同布署在同一台物理机器上, HealthMonitor, FailoverController, ActiveStandbyElector在同一个JVM进程中(即ZKFC), Namenode是一个单独的JVM进程。如上图所示，ZKFC在整个系统中有几个重要的作用：
(1) Monitor and try to take active lock: 向zookeeper抢锁，抢锁成功的zkfc，指导对应的NN成为active的NN; watch锁对应的znode，当前active NN的状态发生变化导致失锁时，及时抢锁，努力成为active NN
(2) Monitor NN liveness and health: 定期检查对应NN的状态, 当NN状态发生变化时，及时通过ZKFC做相应的处理
(3) Fences other NN when needed: 当前NN要成为active NN时，需要fence其它的NN，不能同时有多个active NN

4. 线程模型

ZKFC的线程模型总体上来讲比较简单的，它主要包括三类线程，一是主线程；一是HealthMonitor线程; 一是zookeeper客户端的线程。它们的主要工作方式是：
(1) 主线程在启动所有的服务后就开始循环等待
(2) HealthMonitor是一个单独的线程，它定期向NN发包，检查NN的健康状况
(3) 当NN的状态发生变化时，HealthMonitor线程会回调ZKFailoverController注册进来的回调函数，通知ZKFailoverController NN的状态发生了变化
(4) ZKFailoverController收到通知后，会调用ActiveStandbyElector的API，来管理在zookeeper上的结点的状态
(5) ActiveStandbyElector会调用zookeeper客户端API监控zookeeper上结点的状态，发生变化时，回调ZKFailoverController的回调函数，通知ZKFailoverController，做出相应的变化

5. 类关系图

ZKFC的主类是org.apache.hadoop.hdfs.tools.DFSZKFailoverController。

• formatZK

创建特定目录，作为后续写节点状态的父路径。如果该目录已经存在，清理原有目录为空目录。

•  HealthMonitor

在一个独立线程中，通过RPC方式，周期性的调用HAServiceProtocol接口的monitorHealth方法，获取NN的状态。并把状态报告给ActiveStandbyElector 。

•  ActiveStandbyElector

ActiveStandbyElector 负责判断哪个NN可以成为Active。它通过ZK，看哪个能够成功的创建一个特定的ephemeral lock file (znode)，哪个就是Active，其它的成为Standby。在一个节点被通知变成Active后，它必须确保自己能够提供一致性的服务（数据一致性），否则它需要主动退出选举。

如果一个Active因HealthMonitor监控到状态异常，这里会作出判断，先通过Fenceing功能关闭它（确保关闭或者不能提供服务），然后在ZK上删除它对应ZNode。

发送上述事件后，在另外一台机器上的ZKFC中的ActiveStandbyElector 会收到事件，并重新进行选举（尝试创建特定ZNode），它将获得成功并更改NN中状态，从而实现Active节点的变更。

6. 参考资料

(1) https://issues.apache.org/jira/secure/attachment/12521279/zkfc-design.pdf
(2) http://svn.apache.org/viewvc/hadoop/common/trunk/hadoop-hdfs-project/hadoop-hdfs/