HDFS QJM机制分析

一 Adtive NameNode / Standby NameNode的读写editlog

ActiveNameNode负责往JournalNode写editlog,Standby NameNode负责从这些JournalNameNode读取editlog,然后同步到自己的内存中,保证和Active NameNode的元数据一致


二 StandbyNameNode如何定期到JournalNode上进行同步editlog

 

EditLogTailer是一个会定期读取edit 日志并且应用事务的线程。

logRollPeriodMs:ActiveNameNode写入新editlog最长容忍时间,如果距离上次写完的时间已经超过此间隔时间,超过此时间限制,就会触发ActiveNameNode进行一个rollEditLog操作,此时间可以通过

dfs.ha.log-roll.period配置,默认120s,滚动写editlog

sleepTimeMs:StandbyNameNode同步editlog的周期时间,默认60s,可以通过dfs.ha.tail-edits.period设置

 

三 QJM机制背景介绍

我们知道HDFS NameNode宕机恢复到以前状态,需要通过读取FSImage文件,就能还原。SecondaryNameNode负责合并editlog到FSImage文件。但是这样的单节点会有单点问题,不能保证NameNode

高可用。如果需要高可用,我们需要配置HA。HA状态下,我们并不能只把日志文件保存到一个节点,如果这个机器宕机,那么备份节点,是没有办法获取到和之前Active节点相同的元数据,所以可能导致数据不一致。

 

所以QJM应运而生,核心思想就是用2N+1台机器写editlig,只要有N个以上的机器写操作成功就是认为该次写成功。如果少于N台就认为失败

 

 

四 读写日志的机制分析

NameNode启动之后,会根据HA的状态判断是active还是standby状态。如果是Active状态,调用FSNamesystem的startActiveServices

否则调用StartStandbyServices.

4.1Active NameNode写日志

调用FSNamesystem.startActiveServices:

4.1.1获取FSEditlog,判断editlog是否处于打开写状态,如果没有则初始化Journal。

4.1.2设置editlog下一个事务id

4.1.3开始写editlog: 首先获取所有的JN 的 editlog输出流,然后开始将segment写到日志;最后刷新并异步向其他JouranlNode写日志。ActiveNameNode会标记返回失败的JN,下一次日志不再写该节点,直到下一次调用滚动日志操作,如果此时JN节点恢复正常,才开始写日志,虽然该节点丢失部分日志,但是主节点写了多分。

 

4.2Standby NameNode读取editlog并更新fsimage文件

调用FSNamesystem.startStandbyServices:

4.2.1检查editlog是否可以打开读,如果不行,则需要初始化共享存储目录,然后读取

4.2.2创建EditlogTailer对象,调用其run方法,开始读取editlog并更新fsimage文件。流程如下:

首先:检查Active NameNode日志滚动是否到期,如果到期,触发日志滚动,标记为Finalized状态,然后打开一个新的segment用于记录editlog

然后:开始做StandbyNamenode的taileditlog操作:获取FSImage,获取editlog输出流;然后加载editlog


<think>嗯,用户想要了解HDFS的源码分析。首先,我需要确定用户的具体需求。HDFSHadoop分布式文件系统的核心组件,源码分析可能涉及到架构、关键模块、读写流程等方面。用户可能是开发者或者系统管理员,希望深入理解HDFS的内部机制,以便优化或解决问题。 用户可能已经有一定的HDFS使用经验,但缺乏对源码的了解。他们可能想了解如何入手分析源码,或者重点模块在哪里。需要确保回答结构清晰,分步骤引导,同时遵循系统级指令中的格式要求,比如正确使用LaTeX。 首先,我应该介绍HDFS的基本架构,帮助用户建立整体认识。然后分模块讲解,比如NameNode、DataNode、客户端通信等。每个部分需要说明源码的位置和关键类,例如NameNode的启动流程涉及的类。 接下来,可能需要详细说明读写流程,包括源码中的关键方法,如create()和read()。这部分要结合具体的包和类,帮助用户定位代码位置。另外,元数据管理和持久化也是重点,比如FsImage和EditLog的处理。 通信机制部分,RPC和流式接口是HDFS的核心,需要提到相关的接口和实现类,如ClientProtocol和DataTransferProtocol。故障恢复与高可用部分,可以介绍主从切换和日志恢复机制,比如ZKFC和EditLogTailer。 最后,提供一些源码分析的建议,比如调试环境搭建和关键断点设置。还要注意提醒用户参考官方文档和社区资源,确保信息的准确性。 需要检查LaTeX格式是否正确,所有行内公式用$...$,独立公式用$$...$$,但根据内容来看,可能数学公式较少,但如果有示例的话需要正确应用。同时保持语言口语化,避免使用Markdown格式,分步骤和模块时用序号和标题清晰标明。</think>以下是对HDFS源码分析的层次化解析,结合架构设计与关键模块实现原理: #### 一、HDFS架构核心 1. **模块划分** - `NameNode`:元数据管理(`FSDirectory`类记录目录树,`INode`描述文件/目录元数据) - `DataNode`:数据块存储(`BlockScanner`实现周期性校验) - `JournalNode`:高可用日志同步(基于Paxos算法) - 通信协议:RPC接口(`ClientProtocol`)与流式接口(`DataTransferProtocol`) 2. **源码目录结构** - 主入口:`hadoop-hdfs-project/hadoop-hdfs/src/main/java/org/apache/hadoop/hdfs` - 关键子包: - `server/namenode`:NameNode核心逻辑 - `server/datanode`:DataNode实现 - `protocol`:RPC协议定义 - `client`:HDFS客户端 #### 二、关键流程源码分析 1. **写文件流程**(`DFSOutputStream`类) ```java // 创建数据流管道 List<DatanodeInfo> targets = namenode.addBlock(...); // 数据分包传输 packet.writeTo(streamer); // 应答确认 waitForAckedSeqno(seqno); ``` 2. **读文件流程**(`DFSInputStream`类) - 通过`getBlockLocations()`获取块位置 - 采用短路读优化(`ShortCircuitLocalRead`) 3. **元数据持久化** - `FsImage`序列化格式:使用Protobuf(`NSection$NameSystemSection`) - EditLog合并:`Checkpointer`线程定期执行 #### 三、高可用实现 1. **主从切换机制** - `ZKFC`通过ZooKeeper监控健康状态 - 脑裂防护:`QJM`基于quorum journal实现 2. **日志同步流程** ```java // JournalNode处理日志写入 public void journal(RequestInfo reqInfo, long segmentTxId...) throws IOException { validateRequest(reqInfo); log.write(op); } ``` #### 四、性能优化点 1. **内存管理** - NameNode堆外内存:`OffHeapINodeMap`减少GC压力 - 块报告合并:`BPServiceActor`实现增量报告 2. **网络优化** - 零拷贝传输:`transferTo()`实现DMA直接内存访问 - 管道化写入:`Packet`队列异步发送 #### 五、调试建议 1. 搭建源码环境: ```shell mvn install -DskipTests -Pdist,native ``` 2. 关键断点设置: - NameNode启动:`NameNode.loadNamesystem()` - 块分配:`BlockManager.addBlock()` 建议配合官方JIRA(HDFS-XXX编号问题)和《Hadoop技术内幕》系列书籍进行扩展研究,重点关注HDFS-3.x版本引入的EC纠删码和Router-Based Federation实现。
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