简介
单 NameNode 的架构使得 HDFS 在集群扩展性和性能上都有潜在的问题，当集群大到一定程度后，NameNode 进程使用的内存可能会达到上百 G，NameNode 成为了性能的瓶颈。因而提出了 namenode 水平扩展方案——Federation。
Federation 中文意思为联邦,联盟，是 NameNode 的 Federation,也就是会有多个NameNode。多个 NameNode 的情况意味着有多个 namespace(命名空间)，区别于 HA 模式下的多 NameNode，它们是拥有着同一个 namespace。既然说到了 NameNode 的命名空间的概念,这里就看一下现有的 HDFS 数据管理架构,如下图所示:
从上图中,我们可以很明显地看出现有的 HDFS 数据管理,数据存储 2 层分层的结构.也就是说,所有关于存储数据的信息和管理是放在 NameNode 这边,而真实数据的存储则是在各个 DataNode 下。而这些隶属于同一个 NameNode 所管理的数据都是在同一个命名空间下的。而一个 namespace 对应一个 block pool。Block Pool 是同一个 namespace 下的 block 的集合.当然这是我们最常见的单个 namespace 的情况,也就是一个 NameNode 管理集群中所有元数据信息的时候.如果我们遇到了之前提到的 NameNode 内存使用过高的问题,这时候怎么办?元数据空间依然还是在不断增大,一味调高 NameNode 的 jvm 大小绝对不是一个持久的办法.这时候就诞生了 HDFS Federation 的机制.
Federation 架构设计
HDFS Federation 是解决 namenode 内存瓶颈问题的水平横向扩展方案。
Federation 意味着在集群中将会有多个 namenode/namespace。这些 namenode 之间是联合的，也就是说，他们之间相互独立且不需要互相协调，各自分工，管理自己的区域。分布式的 datanode 被用作通用的数据块存储存储设备。每个 datanode 要向集群中所有的namenode 注册，且周期性地向所有 namenode 发送心跳和块报告，并执行来自所有 namenode的命令。
Federation 一个典型的例子就是上面提到的 NameNode 内存过高问题,我们完全可以将上面部分大的文件目录移到另外一个NameNode上做管理. 更重要的一点在于, 这些 NameNode是共享集群中所有的 e DataNode 的 , 它们还是在同一个集群内的 。
这时候在DataNode上就不仅仅存储一个Block Pool下的数据了,而是多个(在DataNode的 datadir 所在目录里面查看 BP-xx.xx.xx.xx 打头的目录)。
小结
- 多个 NN 共用一个集群里的存储资源，每个 NN 都可以单独对外提供服务。
- 每个 NN 都会定义一个存储池，有单独的 id，每个 DN 都为所有存储池提供存储。
- DN 会按照存储池 id 向其对应的 NN 汇报块信息，同时，DN 会向所有 NN 汇报本地存储可用资源情况。
HDFS Federation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，但是从单个 namenode/namespace 看，仍然存在单点故障：如果某个 namenode 挂掉了，其管理的相应的文件便不可以访问。Federation中每个namenode仍然像之前HDFS上实现一样，配有一个 secondary namenode，以便主 namenode 挂掉一下，用于还原元数据信息。
所以一般集群规模真的很大的时候，会采用 HA+Federation 的部署方案。也就是每个联合的 namenodes 都是 ha 的。
Federation 配置
包含两个 Namenode 的 Federation 配置：
<configuration>
<!--集群两个NN的名字分别是什么-->
<property>
<name>dfs.nameservices</name>
<value>ns1,ns2</value>
</property>
<!--ns1的RPC通信地址-->
<property>
<name>dfs.namenode.rpc-address.ns1</name>
<value>nn-host1:rpc-port</value>
</property>
<!--ns1的Http通信地址-->
<property>
<name>dfs.namenode.http-address.ns1</name>
<value>nn-host1:http-port</value>
</property>
<!--ns1的secondaryhttp通信地址-->
<property>
<name>dfs.namenode.secondaryhttp-address.ns1</name>
<value>snn-host1:http-port</value>
</property>
<!--ns2的RPC通信地址-->
<property>
<name>dfs.namenode.rpc-address.ns2</name>
<value>nn-host2:rpc-port</value>
</property>
<!--ns2的Http通信地址-->
<property>
<name>dfs.namenode.http-address.ns2</name>
<value>nn-host2:http-port</value>
</property>
<!--ns2的secondaryhttp通信地址-->
<property>
<name>dfs.namenode.secondaryhttp-address.ns2</name>
<value>snn-host2:http-port</value>
</property>
.... Other common configuration ...
</configuration>
