Hadoop HDFS-ZKFailoverController（ZKFC）详细介绍

中间件，我给它的定义就是为了实现某系业务功能依赖的软件，包括如下部分:

Web服务器

代理服务器

ZooKeeper

Kafka

RabbitMQ

Hadoop HDFS（本章节）

前面3个小节，我们介绍了单机情况下的HDFS的3个组件，其中nn和dn无论单机还是集群都是需要的，而2nn则只在单机下才有用，后面几个我们将介绍高可用集群模式涉及到的几个组件：JournalNode,ZKFailoverController（ZKFC）,本小节介绍：ZKFC。

ZKFC（ZooKeeper Failover Controller）是 Hadoop 中用于实现 HDFS（Hadoop Distributed File System）高可用性（HA）的关键组件之一，它主要负责监控 NameNode 的状态，并在必要时进行故障转移操作。以下是关于它的详细介绍。

基本原理

ZKFC 依赖于 ZooKeeper 的一些特性来实现其功能，具体如下：

• 可靠存储与强一致性：ZooKeeper 能够可靠地存储小量数据，并提供强一致性保证，这使得 ZKFC 可以依赖它来存储和获取 NameNode 的状态等关键信息。
• 临时节点：ZooKeeper 中的临时节点（ephemeral node）在创建它的客户端关闭后会自动删除。ZKFC 利用这一特性来实现对 Active NameNode 的选举和状态管理。
• 事件通知：ZooKeeper 可以为节点状态的变化提供异步通知（watcher）。ZKFC 通过注册 watcher 来及时获取 NameNode 相关节点的状态变化，从而做出相应的处理。

主要模块

• ZKFailoverController（DFSZKFailoverController）：是 ZKFC 的核心驱动模块，它通过向 HealthMonitor 和 ActiveStandbyElector 注册回调函数，来订阅这两个模块的事件，并根据事件做出相应的处理，比如触发故障转移等操作。
• HealthMonitor：主要职责是定期检查 NameNode 的健康状况。它会通过 RPC 方式周期性地调用 HAServiceProtocol 接口的 monitorHealth 方法来获取 NameNode 的状态信息。当 NameNode 的健康状况发生变化时，会通过回调函数将变化通知给 ZKFailoverController。
• ActiveStandbyElector：用于管理 NameNode 在 ZooKeeper 上的状态。它通过 ZooKeeper 来判断哪个 NameNode 可以成为 Active 状态，具体方式是看哪个 NameNode 能够成功创建一个特定的临时锁文件（znode），成功创建的那个就成为 Active NameNode，其他的则为 Standby NameNode。同时，它会监控 ZooKeeper 上对应节点的状态变化，并将变化通知给 ZKFailoverController。
• FailoverController：提供了进行优雅故障转移的相关功能。管理员可以通过命令行工具手工发起故障转移，此时 FailoverController 就会负责执行一系列的操作，来确保故障转移的顺利进行。

系统架构

通常情况下，NameNode 和 ZKFC 会部署在同一台物理机器上。其中，HealthMonitor、FailoverController、ActiveStandbyElector 等模块都在 ZKFC 这个 JVM 进程中，而 NameNode 则是一个单独的 JVM 进程。ZKFC 在系统中具有以下重要作用：

• 监控与抢锁：向 ZooKeeper 尝试获取锁，成功抢到锁的 ZKFC 会让对应的 NameNode 成为 Active NameNode。同时，它会监控锁对应的 znode，当当前 Active NameNode 状态发生变化导致失锁时，会及时尝试再次抢锁，以让自己对应的 NameNode 成为 Active 状态。
• 监控 NameNode 状态：定期检查对应 NameNode 的活性和健康状况，一旦发现 NameNode 的状态出现异常，就会通过自身的机制进行相应的处理，比如触发故障转移等。
• 隔离其他 NameNode：当本地的 NameNode 要成为 Active NameNode 时，需要先对其他的 NameNode 进行隔离（fence）操作，确保不会同时出现多个 Active NameNode，从而保证系统的一致性和稳定性。

线程模型

ZKFC 的线程模型相对比较简单，主要包括以下三类线程：

• 主线程：在启动所有的服务后，就进入循环等待状态，主要用于协调和管理其他线程和模块的运行。
• HealthMonitor 线程：是一个单独的线程，它会定期向 NameNode 发送请求包，以检查 NameNode 的健康状况。当 NameNode 的状态发生变化时，该线程会回调 ZKFailoverController 注册的回调函数，通知其状态变化情况。
• ZooKeeper 客户端线程：负责与 ZooKeeper 进行交互，通过调用 ZooKeeper 客户端 API 来监控 ZooKeeper 上节点的状态变化。当节点状态发生变化时，会回调 ZKFailoverController 的回调函数，让其做出相应的处理。

总之，ZKFC 在 Hadoop 的 HDFS 高可用架构中起着至关重要的作用，它通过与 ZooKeeper 的紧密配合，实现了对 NameNode 的健康监控和自动故障转移，确保了 HDFS 集群能够在 NameNode 出现故障时依然保持高可用性，为大数据处理提供了稳定的基础存储环境。