HDFS副本存放策略

　　在client向DataNode写入block之前，会与NameNode有一次通信，由NameNode来选择指定数目的DataNode来存放副本。具体的副本选择策略在BlockPlacementPolicy接口中，其子类实现是BlockPlacementPolicyDefault。该类中会有多个chooseTarget()方法重载，但最终调用了下面的方法：

 /**
    * This is not part of the public API but is used by the unit tests.
    */
   DatanodeDescriptor[] chooseTarget(int numOfReplicas,
                                     DatanodeDescriptor writer,
                                     List<DatanodeDescriptor> chosenNodes,
                                     HashMap<Node, Node> excludedNodes,
                                     long blocksize) {
       //numOfReplicas：要选择的副本个数
       //clusterMap.getNumOfLeaves()：整个集群的DN个数
     if (numOfReplicas == 0 || clusterMap.getNumOfLeaves()==0) {
       return new DatanodeDescriptor[0];
     }

     //excludedNodes：排除的DN(因为有些DN已经被选中，所以不再选择他们)
     if (excludedNodes == null) {
       excludedNodes = new HashMap<Node, Node>();
     }

     int clusterSize = clusterMap.getNumOfLeaves();
     //总的副本个数=已选择的个数 + 指定的副本个数
     int totalNumOfReplicas = chosenNodes.size()+numOfReplicas;
     if (totalNumOfReplicas > clusterSize) {    //若总副本个数 > 整个集群的DN个数
       numOfReplicas -= (totalNumOfReplicas-clusterSize);
       totalNumOfReplicas = clusterSize;
     }

     //计算每个一个rack能有多少个DN被选中
     int maxNodesPerRack =
       (totalNumOfReplicas-1)/clusterMap.getNumOfRacks()+2;

     List<DatanodeDescriptor> results =
       new ArrayList<DatanodeDescriptor>(chosenNodes);
     for (DatanodeDescriptor node:chosenNodes) {
       // add localMachine and related nodes to excludedNodes
       addToExcludedNodes(node, excludedNodes);
       adjustExcludedNodes(excludedNodes, node);
     }

     //客户端不是DN
     if (!clusterMap.contains(writer)) {
       writer=null;
     }

     boolean avoidStaleNodes = (stats != null && stats
         .shouldAvoidStaleDataNodesForWrite());

     //选择numOfReplicas个DN，并返回本地DN
     DatanodeDescriptor localNode = chooseTarget(numOfReplicas, writer,
         excludedNodes, blocksize, maxNodesPerRack, results, avoidStaleNodes);

     results.removeAll(chosenNodes);

     // sorting nodes to form a pipeline
     //将选中的DN(result中的元素)组织成pipe
     return getPipeline((writer==null)?localNode:writer,
                        results.toArray(new DatanodeDescriptor[results.size()]));
   }

　　方法含义大概就如注释中写的，不过要注意其中的变量含义。在第48行，又调用chooseTarget()方法来选择指定数目的DN(选中的DN存放在result中)，并返回一个DN作为本地DN。下面分析这个方法。

 /* choose <i>numOfReplicas</i> from all data nodes */
   private DatanodeDescriptor chooseTarget(int numOfReplicas,
       DatanodeDescriptor writer, HashMap<Node, Node> excludedNodes,
       long blocksize, int maxNodesPerRack, List<DatanodeDescriptor> results,
       boolean avoidStaleNodes) {

     if (numOfReplicas == 0 || clusterMap.getNumOfLeaves()==0) {
       return writer;
     }
     int totalReplicasExpected = numOfReplicas + results.size();

     int numOfResults = results.size();
     boolean newBlock = (numOfResults==0);
     if (writer == null && !newBlock) {
       writer = results.get(0);
     }

     // Keep a copy of original excludedNodes
     final HashMap<Node, Node> oldExcludedNodes = avoidStaleNodes ?
         new HashMap<Node, Node>(excludedNodes) : null;

     try {
       if (numOfResults == 0) {    //选择本地DN
         writer = chooseLocalNode(writer, excludedNodes, blocksize,
             maxNodesPerRack, results, avoidStaleNodes);
         if (--numOfReplicas == 0) {
           return writer;
         }
       }
       if (numOfResults <= 1) {    //选择远程rack上的DN
         chooseRemoteRack(1, results.get(0), excludedNodes, blocksize,
             maxNodesPerRack, results, avoidStaleNodes);
         if (--numOfReplicas == 0) {
           return writer;
         }
       }
       if (numOfResults <= 2) {
         if (clusterMap.isOnSameRack(results.get(0), results.get(1))) {  //若前两个DN在同一个rack上
             //已选择的前两个DN在同一个rack上，则选择与第1个DN不在同一个rack上的DN
           chooseRemoteRack(1, results.get(0), excludedNodes, blocksize,
               maxNodesPerRack, results, avoidStaleNodes);
         } else if (newBlock){
             //选择与第2个DN在同一个rack上的DN
           chooseLocalRack(results.get(1), excludedNodes, blocksize,
               maxNodesPerRack, results, avoidStaleNodes);
         } else {
             //选择与write在同一个rack上的DN
           chooseLocalRack(writer, excludedNodes, blocksize, maxNodesPerRack,
               results, avoidStaleNodes);
         }
         if (--numOfReplicas == 0) {
           return writer;
         }
       }
       //在整个集群中随机选择剩余的DN
       chooseRandom(numOfReplicas, NodeBase.ROOT, excludedNodes, blocksize,
           maxNodesPerRack, results, avoidStaleNodes);
     } catch (NotEnoughReplicasException e) {
       FSNamesystem.LOG.warn("Not able to place enough replicas, still in need of "
                + (totalReplicasExpected - results.size()) + " to reach "
                + totalReplicasExpected + "\n"
                + e.getMessage());
       if (avoidStaleNodes) {
         // Retry chooseTarget again, this time not avoiding stale nodes.

         // excludedNodes contains the initial excludedNodes and nodes that were
         // not chosen because they were stale, decommissioned, etc.
         // We need to additionally exclude the nodes that were added to the
         // result list in the successful calls to choose*() above.
         for (Node node : results) {
           oldExcludedNodes.put(node, node);
         }
         // Set numOfReplicas, since it can get out of sync with the result list
         // if the NotEnoughReplicasException was thrown in chooseRandom().
         numOfReplicas = totalReplicasExpected - results.size();
         return chooseTarget(numOfReplicas, writer, oldExcludedNodes, blocksize,
             maxNodesPerRack, results, false);
       }
     }
     return writer;
   }

　　下面依次分析这3个DN的选择过程。

1、选择本地DN：chooseLocalNode()

  /* choose <i>localMachine</i> as the target.
    * if <i>localMachine</i> is not available,
    * choose a node on the same rack
    * @return the chosen node
    */
   protected DatanodeDescriptor chooseLocalNode(DatanodeDescriptor localMachine,
       HashMap<Node, Node> excludedNodes, long blocksize, int maxNodesPerRack,
       List<DatanodeDescriptor> results, boolean avoidStaleNodes)
     throws NotEnoughReplicasException {
     // if no local machine, randomly choose one node
     if (localMachine == null)    //client端上没有DN
         //从整个集群中随机选择一个DN作为本地DN
       return chooseRandom(NodeBase.ROOT, excludedNodes, blocksize,
           maxNodesPerRack, results, avoidStaleNodes);

     // otherwise try local machine first
     Node oldNode = excludedNodes.put(localMachine, localMachine);
     if (oldNode == null) { // was not in the excluded list
         //该client端的DN还没有被选中时，判断这个DN是否负载过重
       if (isGoodTarget(localMachine, blocksize, maxNodesPerRack, false,
           results, avoidStaleNodes)) {
         results.add(localMachine);
         // add localMachine and related nodes to excludedNode
         addToExcludedNodes(localMachine, excludedNodes);
         return localMachine;
       }
     } 

     // try a node on local rack
     //选择与该client同rack的DN
     return chooseLocalRack(localMachine, excludedNodes, blocksize,
         maxNodesPerRack, results, avoidStaleNodes);
   }

　　本地DN的选择分三步：

　　1.1）如果client上没有DN，则从整个集群中随机选择一个DN(chooseRandom()方法)，并判断是否该DN是否负载过重(步骤如1.2)；如果负载过重则重新随机选择一个。以此类推.....

　　1.2）如果该client有DN，则判断该DN是否负载过重(isGoodTarget()方法)，步骤如下：结点是否可用、结点是否在“stale”状态、结点容量是否足够、结点流量情况、该节点所在的机架中存放当前数据的DN是否过多；

　　1.3）如果前两个条件都不满足，则选择与client同rack的DN(chooseLocalRack()方法)作为本地结点，步骤如下：

　　a）随机选择一个与client同rack的DN(步骤同1.1)；

　　b）否则从整个集群中随机选择一个DN(步骤同1.1)。

　　这两步需要解释一下，他们的步骤与1.1都是相同的，那么怎么会得出不同的结果。原因在于传给chooseRandom()方法的第一个参数。如果参数是“NodeBase.ROOT”，实质上就是"/"，表示的是整个集群；如果是“localMachine.getNetworkLocation()”，则表示localMachine所在的rack。这样，通过第一个参数就可以表示要进行选择的范围。在NetworkTopology接口中定义了DN与rack的关系，机架感知也是借此来实现。

2、选择远程rack上的DN：chooseRemoteRack()

 /* choose <i>numOfReplicas</i> nodes from the racks
    * that <i>localMachine</i> is NOT on.
    * if not enough nodes are available, choose the remaining ones
    * from the local rack
    */
   protected void chooseRemoteRack(int numOfReplicas,
                                 DatanodeDescriptor localMachine,
                                 HashMap<Node, Node> excludedNodes,
                                 long blocksize,
                                 int maxReplicasPerRack,
                                 List<DatanodeDescriptor> results,
                                 boolean avoidStaleNodes)
     throws NotEnoughReplicasException {
     int oldNumOfReplicas = results.size();
     // randomly choose one node from remote racks
     try {
         //选择与localMachine不在同一个rack上的DN
       chooseRandom(numOfReplicas, "~" + localMachine.getNetworkLocation(),
           excludedNodes, blocksize, maxReplicasPerRack, results,
           avoidStaleNodes);
     } catch (NotEnoughReplicasException e) {
         //选择与localMachine在同一个rack上的DN
       chooseRandom(numOfReplicas-(results.size()-oldNumOfReplicas),
                    localMachine.getNetworkLocation(), excludedNodes, blocksize,
                    maxReplicasPerRack, results, avoidStaleNodes);
     }
   }

　　远程DN的选择分两步：

　　2.1）从非本地rack上选择一个DN(步骤同1.1)；

　　2.2）否则从本地rack上选择一个DN(步骤同1.1)；

　　同样，这两步还是复用了chooseRandom()方法。2.1）的参数为"~" + localMachine.getNetworkLocation()，即在集群中除了localMachine所在的rack中选择一个DN(“~”表示排除)；2.2）的参数为“localMachine.getNetworkLocation()”，表示从localMachine所在的rack中选择一个DN。这里很重要，可以看到，选择的第二个DN与第一个DN并不一定就在不同的rack。

3、选择第3个DN

　　代码在上面第二段代码分析的第37~50行中，具体步骤如下：　　

　　3.1）如果前两个DN在同一个rack上，则选择一个与他们不在同一个rack上的DN，同步骤2；

　　3.2）否则，如果newBlock为true，则选择与第二个DN同rack的DN，步骤同1.3；

　　3.3）否则，选择与第一个DN同rack的DN，步骤同1.3；

4、 从整个集群中选择剩余副本个数的DN，步骤同1.1。(代码在上面第二段代码分析的第56行)

　　最后返回到上面第一段代码的最后部分，将这些选中的DN组织成pipeline。

　　通过上面的分析也就明白一个问题：网上经常会看到，有人说第三个DN是与第二个DN是同rack的，也有人说第三个DN是与第一个DN同rack的。那么到底哪个说法对呢？关键就看第二个DN的选择，我在上面写了，第二个DN可能是与第一个DN不在同一个rack，但也可能在同一个rack中，具体要根据当时集群中的情况来分析。所以不能简单的认死理。

　　本文基于hadoop1.2.1

　　如有错误，还请指正

　　参考文章：http://blog.csdn.net/xhh198781/article/details/7109764

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