摘 要： 主要介紹了HBase RegionServer與Zookeeper間的交互過程，闡述RegionServer崩潰后的恢復機制,，并在此基礎上提出了幾點優(yōu)化的恢復措施,。優(yōu)化后的恢復措施大大縮短了RegionServer崩潰后的故障恢復時間和業(yè)務中斷時間，從而提高了HBase集群的穩(wěn)定性和可靠性,。
關鍵詞： HBase,；RegionServer；崩潰,；恢復
0 引言
隨著互聯(lián)網(wǎng)和通信行業(yè)的迅猛發(fā)展,，積聚的各種數(shù)據(jù)呈急劇增長態(tài)勢。這些海量數(shù)據(jù)既蘊含著豐富的信息和資源,，又面臨著信息有效管理和提取的難題,。云計算是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算的發(fā)展,，可以提供近乎無限的廉價存儲和計算能力,，特別適合于日益暴增的海量數(shù)據(jù)的存儲和處理。在云計算領域中,，Hadoop體系獨樹一幟,，其豐富的子系統(tǒng)可以滿足多種領域和行業(yè)的應用需求，而其中的HBase作為一種非結構化數(shù)據(jù)庫,，特別適合于各種非結構化和半結構化的松散數(shù)據(jù)的存儲和管理,。
HBase是一個高可靠性,、高性能、面向列,、可伸縮,、實時讀寫的分布式存儲數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[1-3]。HBase建立在HDFS分布式文件系統(tǒng)基礎之上,，其中的數(shù)據(jù)最終以HFile的格式存儲在HDFS之上；HBase可以通過內嵌的MapReduce組件實現(xiàn)復雜任務的并行和分布處理,，具有很高的性能,。
1 HBase體系結構
HBase主要由HMaster和RegionServer兩部分組成,，輔以Zookeeper協(xié)調集群中各網(wǎng)元之間的數(shù)據(jù)共享和訪問，其組成框圖如圖1所示[4],。
（1）Client：訪問HBase的接口,，維護著一些加快HBase訪問的緩存，比如Region的位置信息等,。
（2）Master：負責Region到RegionServer的分配以及映射關系維護,；管理集群中的RegionServer及其負載均衡；維護數(shù)據(jù)表和其所在Region的元數(shù)據(jù)信息,；處理表級的操作請求等,。
（3）RegionServer：維護Master分配給它的Region,，處理對這些Region的讀寫請求,；負責運行過程中過大的Region的Split和Compact操作。
?。?）Zookeeper：保證任何時候集群中只有一個激活的Master,；存儲RootRegion和Master的位置；存儲所有RegionServer的位置并實時監(jiān)控其狀態(tài),；存儲HBase的其他運行所需的信息[5],。
HBase中的數(shù)據(jù)單元通過主鍵、列簇、列名和版本號唯一確定,，所有行按字典順序排列,。HBase中的表在行的方向上分割為多個Region，每個Region只存儲表中某一范圍的數(shù)據(jù),，并且每個Region只能被一個RegionServer管理,。Region由一個或者多個Store組成，每個Store保存一個列簇,；Store又由一個MemStore和0至多個storefile組成,，storefile以HFile的格式存儲于HDFS上。
由此可見,，HBase中的表通常被劃分為多個Region,，而各個Region可能被不同的RegionServer所管理?？蛻舳送ㄟ^Master和相關操作獲取目標Region的位置后，最終通過RegionServer完成對用戶表的讀寫請求,。因此,，如果某個RegionServer異常，客戶端對其所管理的Region的訪問就會失敗,，造成了業(yè)務中斷,，這在在線系統(tǒng)中是不可接受的。雖然HBase中實現(xiàn)了RegionServer異常后的自動恢復機制,，但是這種機制的時延很大,，不能滿足實際應用需求。因此,，本文針對這部分進行了研究,，并提出了一種可以快速、高效恢復業(yè)務的方法,。
2 HBase集群與Zookeeper交互機制分析
在HBase的使用過程中,，Zookeeper起著至關重要的作用。正是Zookeeper的存在,，使得HBase的運行更加穩(wěn)定和高效,。
在配置環(huán)境中，Zookeeper集群中的HBase的目錄如圖2所示,。
HBase集群的相關信息存儲在Zookeeper集群中的hbase目錄（這個目錄是可以配置的）下,，其中master目錄存儲HMaster的位置等相關信息，rs目錄存儲所有的RegionServer的位置等相關信息,。
在HMaster啟動時,，會在Zookeeper集群中創(chuàng)建自己的ZNode臨時節(jié)點并獲得該節(jié)點的獨占鎖，該節(jié)點位于Zookeeper集群中的/hbase/master目錄下。同時會在所有的其他目錄上創(chuàng)建監(jiān)聽,，這樣當其他節(jié)點的狀態(tài)發(fā)生變化時,，HMaster就可以立即感知從而進行相應的處理。
在RegionServer啟動時,，會在Zookeeper集群中創(chuàng)建自己的ZNode臨時節(jié)點并獲得該節(jié)點的獨占鎖,，這個節(jié)點位于Zookeeper集群中的/hbase/rs目錄下。
RegionServer會通過Socket連接向Zookeeper集群發(fā)起Session會話,，會話建立后在Zookeeper集群中創(chuàng)建屬于自己的臨時節(jié)點ZNode,。這個節(jié)點的狀態(tài)是由Zookeeper集群依據(jù)Session的狀態(tài)來維護的。
RegionServer作為客戶端,，向Zookeeper集群的Server端發(fā)起Session會話請求,。Session建立后，會以唯一的SessionID作為標示,。Client會定期向Server端發(fā)送Ping消息來表達該Session的存活狀態(tài),；而Server端收到Ping消息時會更新當前Session的超時時間。如此,，對于Client而言,，只要Ping信息可達則表明該Session激活；對于Server而言,，只要Session未超時則表明該Session激活,。
在Server端，Zookeeper會啟動專門的SessionTrackerImpl線程來處理Session的相關狀態(tài)遷移問題,，該線程每隔tickTime（Zookeeper配置文件中指定,，默認為2 s）時間遍歷一次Session列表，如果超時則立即關閉此Session,，同時刪除與該Session關聯(lián)的臨時節(jié)點,，并將該事件通知給注冊了該節(jié)點事件的組件,。在HBase集群中,，這就意味著如果RegionServer崩潰,，則Zookeeper需要在Session超時后才能通知Master，后者才能啟動故障恢復,。
而Session的超時時間是這樣確定的：HBase默認的Timeout為180 s,，在創(chuàng)建Session時會將該參數(shù)傳遞給Server端。最終協(xié)商確定的Session的超時時間由Zookeeper的配置參數(shù)決定，處于Zookeeper集群minSessionTimeout和maxSessionTimeout之間,。默認的minSessionTimeout=2×tickTime（默認2 s）=4 s,，maxSessionTimeout=20×tickTime=40 s。不管Client傳遞的Timeout多大,，最終協(xié)商確定的Session的Timeout時間都在4~40 s之間,，實現(xiàn)代碼如下。如果一切按照默認配置,，則Session的Timeout為40 s,。
int sessionTimeout=connReq.getTimeOut（）；
int minSessionTimeout=getMinSessionTimeout（）,；
if（sessionTimeout<minSessionTimeout）{
sessionTimeout=minSessionTimeout,；
}
int maxSessionTimeout=getMaxSessionTimeout（）；
if（sessionTimeout>maxSessionTimeout）{
sessionTimeout=maxSessionTimeout,；
}
cnxn.setSessionTimeout（sessionTimeout）,；
經(jīng)以上分析，可以得出以下結論：Session存活意味著RegionServer存活,；Session超時意味著RegionServer啟動時創(chuàng)建的ZNode節(jié)點被刪除,，也就表明該RegionServer異常。
3 HBase中RegionServer異常后的恢復機制分析
通過以上的分析可以看出,，當HBase集群中的一個RegionServer崩潰（如RegionServer進程掛掉）后，此時該RegionServer和Zookeeper集群的Server間的Socket連接會斷開,，但是二者之間的Session由于有超時時間的存在而不會立即被刪除,，需要等到Session超時之后才會被Zookeeper集群刪除，只有Session超時了Zookeeper集群才會刪除該RegionServer啟動時創(chuàng)建的臨時節(jié)點,。只有Zookeeper集群中代表此RegionServer的節(jié)點刪除后,，HMaster才可以得知該RegionServer發(fā)生故障，才能啟動故障恢復流程,。HMaster恢復故障時,，將故障RegionServer所管理的Region一個一個重新分配到集群中。
由此可得出以下結論：Session Timeout的存在使得HMaster無法立即發(fā)現(xiàn)故障RegionServer,，從而延遲了故障的恢復時間,，間接增加了業(yè)務中斷的時間。同時,，HMaster重新分配Region的處理過程效率太低,，尤其是Region數(shù)目很大時。
4 改進的RegionServer異常后的恢復措施
針對以上場景,，本文進行了如下改進：
?。?）在RegionServer的啟動腳本中加入特殊處理的代碼，在該RegionServer的進程結束前自動刪除其在Zookeeper集群中創(chuàng)建的ZNode節(jié)點，這樣HMaster就能立即感知到RegionServer的狀態(tài)異常事件,，盡早地啟動異?；謴停a如下,。
cleanZNode（）
{
if[-f $HBASE_ZNODE_FILE],；then
#call ZK to delete the node
ZNODE=`cat $HBASE_ZNODE_FILE`
$bin/hbase zkcli delete $ZNODE>/dev/null 2>&1
rm $HBASE_ZNODE_FILE
fi
}
（2）在HMaster的恢復過程中加入特殊處理的代碼,，通過批量處理,，將故障RegionServer所管理的Region一次性地分配到集群中，如同HBase集群啟動時批量分配Region的過程,，提高Region分配的速度,。所謂批量分配，就是先獲取故障RegionServer所管理的Region數(shù)目rn和存活的RegionServer的數(shù)目rs,，按照平均負載的原則,，在每個存活的RegionServer上分配rn/rs個Region。這樣就可以將多個Region一次分配給一個RegionServer,；而原來的分配過程則是一次分配一個Region到一個RegionServer上,，顯然改進后的處理效率更高，尤其是Region數(shù)目較多時尤為明顯,。
采用以上的處理方式后,，HBase集群中當一個或幾個RegionServer發(fā)生故障后，業(yè)務的恢復速度提升了幾十倍,，從最初的故障恢復時間40 s左右到現(xiàn)在的幾秒,，實測數(shù)據(jù)如表1所示。
5 結論
本文在論述HBase集群與Zookeeper集群的交互機制以及RegionServer發(fā)生故障后的異常處理恢復機制的基礎上,，提出了提高恢復效率,、降低業(yè)務中斷時間的改進方案。該方案對于RegionServer進程的異常終止和崩潰有很好的處理效果,，但是對于RegionServer斷電等物理事件導致的異常則無效,，這種情況只能依靠Session Timeout后的處理流程。批量恢復的處理對所有的恢復過程都是有效的,，雖然其提供的改進空間較小,。總體說來,，本文提出的RegionServer崩潰后的改進措施在通常情況下能夠較好地改進現(xiàn)有HBase集群的性能,，縮短故障恢復時間，提高故障恢復效率,，從而能有效縮短業(yè)務中斷時間,。
參考文獻
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