Herriot

Herriot测试框架是Hadoop-0.21.0及以后版本中新加入的测试框架，它的出现主要是为了尽可能地模拟真实的大规模分布式系统，并且对该系统实现自动化测试。和Hadoop以前的测试框架MiniDFSCluster类似，Herriot也采用了JUnit框架，此外，Herriot还引入了面向切面编程(AOP)技术-AspectJ，实现了代码注入和错误注入，丰富了测试的内容。

上图是采用Herriot框架对Hadoop集群进行测试的典型场景，可以看到：与早期的MiniDFSCluster测试框架不同，Herriot框架中每个节点（NameNode、JobTracker、DataNode和TaskTracker）都在一个单独的JVM进程中，这与真实的Hadoop集群是一致的；测试机通过本地的Herriot包来远程调用注入在目标节点内的Herriot代码。

为了测试Java系统，我们需要将一些与测试有关的代码注入到被测试的Java系统中，通常有三种方式：一、直接在代码中加入测试的代码，然后编译成class字节码，这种方式比较简单，但是测试代码污染了原有代码，并且会埋下安全隐患；二、代码编译为class字节码以后，通过修改class字节码的方式来添加测试方法，即生成新的class文件（通常叫做instrumented class），这种实现比第一种方式复杂一些，但是不污染原有代码，但用于测试的字节码和原有代码生成的class字节码不是同一份；三、通过修改JVM来添加测试功能，这种方式最复杂，但是不会影响代码和字节码。Herriot用到的AOP技术属于第二种，即通过修改字节码的方式实现测试功能的注入。

在Hadoop-0.21.0的目录结构中，common、hdfs和mapred作为独立的工程存在，因此与Herriot有关的代码也分别在不同的工程中，其中common工程里的是通用的一些代码，hdfs工程中实现了对HDFS集群的测试，mapred工程中实现了对MapReduce集群的测试。在这三个工程中，Herriot的目录结构基本类似：src/test/system/[aop|java|test]，其中，aop和java目录是和Herriot框架本身有关的，test目录是用于存放Herriot的测试用例的。下面，以Herriot在common和hdfs工程为例，我们来分析一下Herriot相关的代码。

common工程中src/test/system/java中有两个包：org.apache.hadoop.test.system和org.apache.hadoop.test.system.process，这两个包中的java代码是整个Herriot框架的基础，其中有下面几个类/接口：

DaemonProtocol接口：该接口继承了VersionedProtocol接口，其实是声明了Herriot客户端和Herriot注入代码之间的RPC通信协议。在这接口中，声明了多种方法，支持客户端操作被注入的Hadoop节点，以及获得该节点的信息。

ProcessInfo接口：该接口继承自Writable接口，声明了被注入Hadoop节点所属的远程JVM进程信息，比如环境变量，内存大小和当前时间等。该接口被DaemonProtocol中的某些方法作为返回结果使用，实则是封装了与远程JVM进程相关的信息。

ProcessInfoImpl类：该类是ProcessInfo接口的一个具体实现。

ControlAction类：该类是一个抽象类，实现了Writable接口，它实则是对Herriot客户端对被注入Hadoop节点的所作操作的封装。该类是DaemonProtocol中几个方法的参数或返回值。

RemoteProcess接口：该接口声明了对单个远程进程的操作，包括获得主机名，启停操作以及获得该进程的角色。在Hadoop中，进程的角色被划分为：NN，DN，JT和TT，不过这些并不在common工程中定义的，而是分别在hdfs和mapred工程中定义的。

ClusterProcessManager接口：该接口声明了对整个集群中进程的管理操作，比如获得所有RemoteProcess表述的远程进程以及它们的角色，启停集群中的所有进程，更新配置信息，是否支持多用户操作等。

HadoopDaemonRemoteCluster类：该类是一个抽象类，它实现了ClusterProcessManager接口。此外，还完成了以几个事情：1. 定义了与测试依赖的环境变量，例如HADOOP HOME和HADOOP CONF DIR等键值；2. 定义了Set<Enum<?>>类型的成员变量roles来维护集群中成员的角色；3. 给出了RemoteProcess的一个具体实现内部类ScriptDaemon，它通过SSH方式远程登录到目标机器上实现RemoteProcess声明的操作；同时HadoopDaemonRemoteCluster类还维护了一个RemoteProcess类型的列表，表示集群中所有的远程进程；4.
定义了HadoopDaemonInfo内部类，代表一种类型的Hadoop节点的信息，包括：名字（如namenode, datanode等），角色和主机名列表；同时，HadoopDaemonRemoteCluster类还维护了一个List<HadoopDaemonInfo>类型的成员变量。

MultiUserHadoopDaemonRemoteCluster类，该类是一个抽象类，他继承自HadoopDaemonRemoteCluster，它的内部类MultiUserScriptDaemon继承自ScriptDaemon，支持多用户对同一集群的操作。

AbstractDaemonClient类：该类是一个抽象类，它通过代理模式封装了DaemonProtocol的子类接口（采用泛型<PROXY extendsDaemonProtocol>）和RemoteProcess接口（作为AbstractDaemonClient的一个成员变量），对它的调用基本会转化为对DaemonProtocol/RemoteProcess的调用。一个AbstractDaemonClient子类的对象对应于管理一个Hadoop节点的客户端。

AbstractDaemonCluster类：该类是一个抽象类，它是Herriot框架下集群的抽象。它拥有两个重要的成员变量：1. ClusterProcessManager类型的clusterManager，维护了该集群中所有远程进程的管理操作；2.Map<Enum<?>,List<AbstractDaemonClient>>类型的daemons变量，维护了不同角色下所有客户端的列表。

common工程中src/test/system/aop中只有一个文件：DaemonProtocolAspect.aj。该文件就是DaemonProtocol接口的一个具体实现，不过该实现是以AOP方式注入到Hadoop节点的字节码中，所以不是java文件，而是aj（aspectJ）文件。与AOP相关的目录还有src/test/aop，它主要实现了生成注入后的字节码，与Herriot框架本身没有太大关系，所以不做过多讨论。

有了前面的分析，hdfs工程中的Herriot代码就不难理解了。hdfs工程的Herriot相关java代码仍放在src/test/system/java中，里面只有一个包org.apache.Hadoop.hdfs.test.system，所有文件如下：

NNProtocol接口，继承自DaemonProtocol，里面并没有新增方法。

DNProtocol接口，继承自DameonProtocol，里面并没有新增方法。

HDFSDaemonClient抽象类，它继承了AbstractDaemonClient，新增了获得namenode目录（dfs.name.dir）和datanode目录（dfs.data.dir）的方法.

NNClient类，继承了HDFSDaemonClient<NNProtocol>，提供了connect和disconnect方法用于连接/断开Namenode的IPC端口。

DNClient类，继承了HDFSDaemonClient<DNProtocol>，提供了connect和disconnect方法用于连接/断开Datanode的IPC端口。

HDFSCluster类，继承了AbstractDaemonCluster抽象类，它真正实现了在Herriot框架下对HDFS集群的模拟。该类里面定义了HDFS节点的角色:NN和DN，并且根据不同的角色创建不同的Client类。另外，它还定义了两个类：HDFSProcessManager和MultiUserHDFSProcessManager，分别继承自HadoopDaemonRemoteCluster和MultiUserHadoopDaemonRemoteCluster。在启动HDFSCluster过程中，需要读到hdfs-site.xml和system-test.xml文件，在system-test.xml中根据配置test.system.hdfs.clusterprocess.impl.class指定的类来选择HDFSProcessManager或MultiUserHDFSProcessManager来创建cluster
process manager。

在src/test/system/aop目录下，由NNProtocol的具体实现NameNodeAspect.aj和DNProtocol的具体实现DataNodeAspect.aj，都是通过AOP方式来修改相应类的字节码。

根据上述分析，我们可以得出下面一个类的关系图：

总结一下，Herriot测试框架是通过“内部”和“外部”两种方式实现对分布式系统进行管理的，所谓“内部”就是通过AOP技术将测试所需的管理功能注入到节点中，管理的协议是通过DaemonProtocol接口以及它的扩展类来声明和定义的；而“外部”就是通过类似SSH方式远程登录到目标机器上，对远程进程进行操作，管理的协议是通过RemoteProcess接口以及它的扩展类来声明和定义的。一般而言，Herriot测试框架中抽象出来的集群HDFSCluster需要从配置文件中读取相应的信息，通过“外部”的方式启动真实HDFS集群中的节点，然后通过“内部”的方式获取更丰富的信息和操作，最后以“外部”的方式停止掉HDFS集群。

我们来演示一下如何利用Herriot框架来跑一个测试用例。Herriot框架完全可以用于真实的HDFS分布式集群，但是为了方便起见，这个例子采用了HDFS的伪分布式集群，即在同一台机器上创建了一个namenode进程和一个datanode进程，并且在该机器上运行Herriot自带的测试用例TestHL040（hdfs工程的src/test/system/test目录下）。

1.  从Hadoop社区上下载hadoop-0.21.0.tar.gz，解压到Linux机器上，如/opt/hadoop/hadoop-0.21.0。

2.  进入到/opt/Hadoop/hadoop-0.21.0/hdfs目录下，创建lib目录的符号链接：

1. ln –s ../lib lib

3.  修改文件：/opt/Hadoop/hadoop-0.21.0/hdfs/ivy/libraries.properties：

1. Hadoop-common.version=0.21.0-SNAPSHOT
2. Hadoop-hdfs.version=0.21.0-SNAPSHOT

4.  修改文件：/opt/Hadoop/hadoop-0.21.0/hdfs/build.xml：

1. file="${system-test-build-dir}/ivy/lib/${ant.project.name}/system/Hadoop-common-${herriot.suffix}-${hadoop-common.version}.jar"

5.  在/opt/Hadoop/hadoop-0.21.0/hdfs/目录下运行，运行成功后会生成build-fi目录：

1. ant binary-system

6.  设置环境变量$JAVA_HOME，并保证其生效：

1. echo “export JAVA_HOME=/etc/alternatives/java_sdk” >> ~/.bashrc

7.  设置环境变量$Hadoop_HOME，并保证其生效：

1. exportHadoop_HOME=/opt/hadoop/hadoop-0.21.0/hdfs/build-fi/system/hadoop-hdfs-0.21.1-SNAPSHOT

8.  设置环境变量$Hadoop_CONF_DIR，并保证其生效：

1. exportHadoop_CONF_DIR=/opt/hadoop/hadoop-0.21.0/hdfs/build/test/conf

9.  在$Hadoop_CONF_DIR中放置文件：hdfs-site.xml，为了实现伪分布式集群，hdfs-site.xml需要如下配置：

1. <?xml version="1.0"?>
2. <?xml-stylesheet type="text/xsl" href="configuration.xsl"?>
3. <!-- Put site-specific property overrides in this file. -->
4. <configuration>
5. <property>
6. <name>fs.default.name</name>
7. <value>hdfs://localhost:9981</value>
8. </property>
9. <property>
10. <name>dfs.replication</name>
11. <value>1</value>
12. </property>
13. <property>
14. <name>dfs.datanode.ipc.address</name>
15. <value>0.0.0.0:9982</value>
16. </property>
17. </configuration>

10. 在$Hadoop_CONF_DIR中放置文件：masters（留空）

11. 在$Hadoop_CONF_DIR中放置文件：slaves，并执行如下命令：

1. echo “localhost” > slaves
2. cp slaves slaves.copy

12. 在$Hadoop_CONF_DIR中放置文件：system-test.xml，配置如下：

1. <?xml version="1.0"?>
2. <?xml-stylesheet type="text/xsl" href="configuration.xsl"?>
3. <!-- Put site-specific property overrides in this file. -->
4. <configuration>
5. <!-- Mandatory properties that are to be set and uncommented before running the tests -->
6. <property>
7. <name>test.system.hdrc.Hadoophome</name>
8. <value>/opt/Hadoop/hadoop-0.21.0/hdfs/build-fi/system/hadoop-hdfs-0.21.1-SNAPSHOT</value>
9. <description> This is the path to the home directory of the Hadoop deployment.
10. </description>
11. </property>
12. <property>
13. <name>test.system.hdrc.Hadoopconfdir</name>
14. <value>/opt/Hadoop/hadoop-0.21.0/hdfs/build/test/conf</value>
15. <description> This is the path to the configuration directory of the Hadoop
16. cluster that is deployed.
17. </description>
18. </property>
19. <property>
20. <name>test.system.hdrc.dn.hostfile</name>
21. <value>slaves.copy</value>
22. <description> File name containing the hostnames where the DataNodes are running.
23. </description>
24. </property>
25. <property>
26. <name>test.system.hdfs.clusterprocess.impl.class</name>
27. <value>org.apache.Hadoop.hdfs.test.system.HDFSCluster$HDFSProcessManager</value>
28. <description>
29. Cluster process manager for the Hdfs subsystem of the cluster. The value
30. org.apache.Hadoop.hdfs.test.system.HDFSCluster$MultiUserHDFSProcessManager can
31. be used to enable multi user support.
32. </description>
33. </property>
34. <property>
35. <name>test.system.hdrc.deployed.scripts.dir</name>
36. <value>./src/test/system/scripts</value>
37. <description>
38. This directory hosts the scripts in the deployed location where
39. the system test client runs.
40. </description>
41. </property>
42. <property>
43. <name>test.system.hdrc.Hadoopnewconfdir</name>
44. <value>/opt/Hadoop/hadoop-0.21.0/hdfs/build/test/newconf</value>
45. <description>
46. The directory where the new config files will be copied to in all
47. the clusters is pointed out this directory.
48. </description>
49. </property>
50. <property>
51. <name>test.system.hdrc.suspend.cmd</name>
52. <value>kill -SIGSTOP</value>
53. <description>
54. Command for suspending the given process.
55. </description>
56. </property>
57. <property>
58. <name>test.system.hdrc.resume.cmd</name>
59. <value>kill -SIGCONT</value>
60. <description>
61. Command for resuming the given suspended process.
62. </description>
63. </property>
64. </configuration>

13.  进入$Hadoop_HOME目录，执行启动HDFS伪分布式集群：

1. chmod +x bin/*
2. ./bin/start-dfs.sh

14. 回到/opt/Hadoop/hadoop-0.21.0/hdfs目录，执行测试用例：

1. ant test-system –Dhaoop.conf.dir.deployed=$Hadoop_CONF_DIR