详解hadoop之二：HDFS Federation(联邦)

hdfs federation即hdfs的联邦，可以简单理解为多个hdfs集群聚合到一起，更准确的理解是有多个namenode节点的hdfs集群

hadoop1.x的hdfs架构

主要由namespace（命名空间）和Block Storage（块的存储）两层组成

1.namespace

由目录、文件、块组成。

支持创建、删除、修改、列举命名空间相关系统的操作

2.Block Storage

block management：

块的管理，在namenode中完成

通过控制注册和阶段性的心跳来保证datanode正常运行

处理块的信息报告，维护块的位置信息

创建，修改，删除，查询块

管理副本和副本位置

Storage：（在datanode上）

提供对块的读写操作

单namenode架构的局限性

1.namespace命名空间限制
namenode把所有元数据存储在内存中，单个namenode所能存储的对象（文件+块）有限制
2.性能瓶颈（吞吐量）
整个hdfs文件系统的吞吐量受限于单个namenode的吞吐量
3.隔离问题
无法隔离应用程序，一个实验程序，可能影响整个集群
4.单点故障
5.namespace和block management紧密耦合

紧密耦合导致使用另外一种namenode方案比较困难，也限制了其他想使用快存储的应用

6.纵向扩展namenode为什么不可行
启动时间长，调试困难，集群易宕机
比如将Namenode的Heap空间扩大到512GB。
第一个问题就是启动问题，启动花费的时间太长。当前具有50GB的Heap Namenode的HDFS启动一次大概需要30分钟到2个小时，那512GB呢？
第二个潜在的问题就是Namenode在Full GC时，如果发生错误将会导致整个集群宕机。

第三个问题是对大JVMHeap进行调试比较困难。优化Namenode的内存使用性价比比较低

Federation架构

1.这些namenode直接相互独立，各自分工管理自己的区域，且不需要互相协调，一个namenode挂掉了不会影响其他的namenode
2.datanode被用作通用的数据存储设备，每个datanode要向集群中所有的namenode注册，且周期性的向所有namenode发送心跳和报告，并执行来自所有namenode的命令
3.一个block pool由属于同一个namespace的数据块组成，每个datanode可能会存储集群中所有block pool 数据块
每个block pool内部自治，各自管理各自的block，不会与其他block pool交流

4.namenode和block pool一起被称作namespace volume，它是管理的基本单位，当一个namespace被删除后，所有datanode上与其对应的block pool也会被删除。当集群升级时，每个namespace volume作为一个基本单元进行升级

Federation关键技术点

命名空间管理
Federation中存在多个命名空间，在Federation中采用"文件名hash"的方法，因为该方法的locality非常差，
比如：某个目录下的文件，采用"文件名hash"的方法，这些文件可能会被放到不同的namespace中，hdfs要访问所有的namespace，代价太大。

为了方便管理多个命名空间，HDFS Federation采用了经典的Client Side Mount Table

下面四个深色的三角代表4个独立的命名空间，上方的灰色三角形代表从客户角度去访问的子命名空间。

各个深色的命名空间mount到灰色的表中，客户端可以通过不同的挂载点来访问不同的命名空间，如同linux系统中访问不同挂载点一样。这就是federation的基本原理：将各个命名空间挂载到全局mount-table中，就可以将数据全局共享，同样的命名空间挂载到个人的mount-table中，就成为应用程序可见的命名空间视图

Block Pool管理

HDFS Federation的不足
HDFS Federation并没有完全解决单点故障问题。虽然namenode/namespace存在多个，但对于单个namenode来说，仍然存在单点故障。
如果某个namenode挂掉了，其管理的相应文件便不可以访问。
Federation中每个namenode仍然像之前一样，配有一个secondary namenode，以便主namenode挂掉后，用于还原元数据信息