【Hadoop】Hadoop 机架感知配置、原理

Hadoop机架感知

1.背景
Hadoop在设计时考虑到数据的安全与高效，数据文件默认在HDFS上存放三份，存储策略为本地一份，
同机架内其它某一节点上一份，不同机架的某一节点上一份。
这样如果本地数据损坏，节点可以从同一机架内的相邻节点拿到数据，速度肯定比从跨机架节点上拿数据要快；
同时，如果整个机架的网络出现异常，也能保证在其它机架的节点上找到数据。
为了降低整体的带宽消耗和读取延时，HDFS会尽量让读取程序读取离它最近的副本。
如果在读取程序的同一个机架上有一个副本，那么就读取该副本。
如果一个HDFS集群跨越多个数据中心，那么客户端也将首先读本地数据中心的副本。
那么Hadoop是如何确定任意两个节点是位于同一机架，还是跨机架的呢？答案就是机架感知。
默认情况下，hadoop的机架感知是没有被启用的。所以，在通常情况下，hadoop集群的HDFS在选机器的时候，是随机选择的，也就是说，
很有可能在写数据时，hadoop将第一块数据block1写到了rack1上，然后随机的选择下将block2写入到了rack2下，
此时两个rack之间产生了数据传输的流量，再接下来，在随机的情况下，又将block3重新又写回了rack1，
此时，两个rack之间又产生了一次数据流量。
在job处理的数据量非常的大，或者往hadoop推送的数据量非常大的时候，这种情况会造成rack之间的网络流量成倍的上升，成为性能的瓶颈，
进而影响作业的性能以至于整个集群的服务
2.配置

默认情况下，namenode启动时候日志是这样的：
2013-09-22 17:27:26,423 INFO org.apache.hadoop.net.NetworkTopology: Adding a new node: /default-rack/ 192.168.147.92:50010
每个IP 对应的机架ID都是 /default-rack ，说明hadoop的机架感知没有被启用。
要将hadoop机架感知的功能启用，配置非常简单，在 NameNode所在节点的/home/bigdata/apps/hadoop/etc/hadoop的core-site.xml配置文件中配置一个选项:
<property>
<name>topology.script.file.name</name>
<value>/home/bigdata/apps/hadoop/etc/hadoop/topology.sh</value>
</property>
这个配置选项的value指定为一个可执行程序，通常为一个脚本，该脚本接受一个参数，输出一个值。
接受的参数通常为某台datanode机器的ip地址，而输出的值通常为该ip地址对应的datanode所在的rack，例如”/rack1”。
Namenode启动时，会判断该配置选项是否为空，如果非空，则表示已经启用机架感知的配置，此时namenode会根据配置寻找该脚本，
并在接收到每一个datanode的heartbeat时，将该datanode的ip地址作为参数传给该脚本运行，并将得到的输出作为该datanode所属的机架ID，
保存到内存的一个map中.
至于脚本的编写，就需要将真实的网络拓朴和机架信息了解清楚后，通过该脚本能够将机器的ip地址和机器名正确的映射到相应的机架上去。
一个简单的实现如下：
#!/bin/bash
HADOOP_CONF=/home/bigdata/apps/hadoop/etc/hadoop
while [ $# -gt 0 ] ; do
nodeArg=$1
exec<${HADOOP_CONF}/topology.data
result=""
while read line ; do
ar=( $line )
if [ "${ar[0]}" = "$nodeArg" ]||[ "${ar[1]}" = "$nodeArg" ]; then
result="${ar[2]}"
fi
done
shift
if [ -z "$result" ] ; then
echo -n "/default-rack"
else
echo -n "$result"
fi
done
topology.data,格式为：节点（ip或主机名） /交换机xx/机架xx
192.168.147.91 tbe192168147091 /dc1/rack1
192.168.147.92 tbe192168147092 /dc1/rack1
192.168.147.93 tbe192168147093 /dc1/rack2
192.168.147.94 tbe192168147094 /dc1/rack3
192.168.147.95 tbe192168147095 /dc1/rack3
192.168.147.96 tbe192168147096 /dc1/rack3
需要注意的是，在Namenode上，该文件中的节点必须使用IP，使用主机名无效，
而Jobtracker上，该文件中的节点必须使用主机名，使用IP无效,所以，最好ip和主机名都配上。
这样配置后，namenode启动时候日志是这样的：
2013-09-23 17:16:27,272 INFO org.apache.hadoop.net.NetworkTopology: Adding a new node: /dc1/rack3/ 192.168.147.94:50010
说明hadoop的机架感知已经被启用了。
查看HADOOP机架信息命令:
./hadoop dfsadmin -printTopology
Rack: /dc1/rack1
192.168.147.91:50010 (tbe192168147091)
192.168.147.92:50010 (tbe192168147092)

Rack: /dc1/rack2
192.168.147.93:50010 (tbe192168147093)

Rack: /dc1/rack3
192.168.147.94:50010 (tbe192168147094)
192.168.147.95:50010 (tbe192168147095)
192.168.147.96:50010 (tbe192168147096)
3.增加数据节点，不重启NameNode

假设Hadoop集群在192.168.147.68上部署了NameNode和DataNode,启用了机架感知，执行bin/hadoop dfsadmin -printTopology看到的结果：
Rack: /dc1/rack1
192.168.147.68:50010 (dbj68)
现在想增加一个物理位置在rack2的数据节点192.168.147.69到集群中，不重启NameNode。
首先，修改NameNode节点的topology.data的配置，加入:192.168.147.69 dbj69 /dc1/rack2,保存。
192.168.147.68 dbj68 /dc1/rack1
192.168.147.69 dbj69 /dc1/rack2
然后，sbin/hadoop-daemons.sh start datanode启动数据节点dbj69,任意节点执行bin/hadoop dfsadmin -printTopology 看到的结果：
Rack: /dc1/rack1
192.168.147.68:50010 (dbj68)

Rack: /dc1/rack2
192.168.147.69:50010 (dbj69)
说明hadoop已经感知到了新加入的节点dbj69。
注意：如果不将dbj69的配置加入到topology.data中，
执行sbin/hadoop-daemons.sh start datanode启动数据节点dbj69，datanode日志中会有异常发生，导致dbj69启动不成功。
2013-11-21 10:51:33,502 FATAL org.apache.hadoop.hdfs.server.datanode.DataNode: Initialization failed for block pool Block pool BP-1732631201-192.168.147.68-1385000665316 (storage id DS-878525145-192.168.147.69-50010-1385002292231) service to dbj68/192.168.147.68:9000
org.apache.hadoop.ipc.RemoteException(org.apache.hadoop.net.NetworkTopology$InvalidTopologyException): Invalid network topology. You cannot have a rack and a non-rack node at the same level of the network topology.
at org.apache.hadoop.net.NetworkTopology.add(NetworkTopology.java:382)
at org.apache.hadoop.hdfs.server.blockmanagement.DatanodeManager.registerDatanode(DatanodeManager.java:746)
at org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.FSNamesystem.registerDatanode(FSNamesystem.java:3498)
at org.apache.hadoop.hdfs.server.namenode.NameNodeRpcServer.registerDatanode(NameNodeRpcServer.java:876)
at org.apache.hadoop.hdfs.protocolPB.DatanodeProtocolServerSideTranslatorPB.registerDatanode(DatanodeProtocolServerSideTranslatorPB.java:91)
at org.apache.hadoop.hdfs.protocol.proto.DatanodeProtocolProtos$DatanodeProtocolService$2.callBlockingMethod(DatanodeProtocolProtos.java:20018)
at org.apache.hadoop.ipc.ProtobufRpcEngine$Server$ProtoBufRpcInvoker.call(ProtobufRpcEngine.java:453)
at org.apache.hadoop.ipc.RPC$Server.call(RPC.java:1002)
at org.apache.hadoop.ipc.Server$Handler$1.run(Server.java:1701)
at org.apache.hadoop.ipc.Server$Handler$1.run(Server.java:1697)
at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)
at javax.security.auth.Subject.doAs(Subject.java:415)
at org.apache.hadoop.security.UserGroupInformation.doAs(UserGroupInformation.java:1408)
at org.apache.hadoop.ipc.Server$Handler.run(Server.java:1695)

at org.apache.hadoop.ipc.Client.call(Client.java:1231)
at org.apache.hadoop.ipc.ProtobufRpcEngine$Invoker.invoke(ProtobufRpcEngine.java:202)
at $Proxy10.registerDatanode(Unknown Source)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:57)
at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:601)
at org.apache.hadoop.io.retry.RetryInvocationHandler.invokeMethod(RetryInvocationHandler.java:164)
at org.apache.hadoop.io.retry.RetryInvocationHandler.invoke(RetryInvocationHandler.java:83)
at $Proxy10.registerDatanode(Unknown Source)
at org.apache.hadoop.hdfs.protocolPB.DatanodeProtocolClientSideTranslatorPB.registerDatanode(DatanodeProtocolClientSideTranslatorPB.java:149)
at org.apache.hadoop.hdfs.server.datanode.BPServiceActor.register(BPServiceActor.java:619)
at org.apache.hadoop.hdfs.server.datanode.BPServiceActor.connectToNNAndHandshake(BPServiceActor.java:221)
at org.apache.hadoop.hdfs.server.datanode.BPServiceActor.run(BPServiceActor.java:660)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:722)
4.节点间距离计算

有了机架感知，NameNode就可以画出下图所示的datanode网络拓扑图。D1,R1都是交换机，最底层是datanode。
则H1的rackid=/D1/R1/H1，H1的parent是R1，R1的是D1。这些rackid信息可以通过topology.script.file.name配置。
有了这些rackid信息就可以计算出任意两台datanode之间的距离，得到最优的存放策略，优化整个集群的网络带宽均衡以及数据最优分配。
distance(/D1/R1/H1,/D1/R1/H1)=0 相同的datanode
distance(/D1/R1/H1,/D1/R1/H2)=2 同一rack下的不同datanode
distance(/D1/R1/H1,/D1/R2/H4)=4 同一IDC下的不同datanode
distance(/D1/R1/H1,/D2/R3/H7)=6 不同IDC下的datanode