解决HDFS磁盘扫描导致死亡结点的问题

在Hadoop集群从1.0升级到2.0之后，我们一直在解决很多很多的问题。在今年8月初，我们检测到线上频繁有机器变成死亡结点，一段时间后自动恢复。进入死亡结点状态的DataNode将不能读写数据块。我们观察了一下日志，看到DataNode中打印出很多接受数据快传输的线

在Hadoop集群从1.0升级到2.0之后，我们一直在解决很多很多的问题。在今年8月初，我们检测到线上频繁有机器变成死亡结点，一段时间后自动恢复。进入死亡结点状态的DataNode将不能读写数据块。我们观察了一下日志，看到DataNode中打印出很多接受数据快传输的线程(DataXceiver)，线程都是在Receiving的状态，而没有结束。估摸了一下在死亡结点发生的阶段大约有300个左右的线程积累下来。但是，没找到其它突破口。

由于，HDFS的Client会自动重试。如果一个结点进入死亡结点，只要另外的数据块的结点依然可读，Client还是可以读取到数据块的。所以，死亡结点的问题对线上业务没有造成影响。当时，还有其它优先级更高的事情，所以，问题转为观察状态。

然后终于在一次机房意外断电，集群重启之后，一个线上的作业报找不到数据块。经日志确认，产生的原因是拥有这个数据块副本的两个机器同时进入死亡结点！ 于是，问题转入高优先级，优先解决。

现象总结

• 出现死亡结点的机器集中在磁盘数量较多的机器。
• 死亡结点跟机器的CPU，内存或者网络关系不大。
• 出现死亡结点的时候，DataNode有大量DataXceiver的线程积压。
• 虽然，总体上机器出现死亡结点的时间比较分散。但是，单一的DataNode上出现死亡结点的间隔必然是6小时或者6小时的整数倍。

攻坚

首先知道，DataNode进入死亡结点状态是因为NameNode长期接收不到DataNode的心跳包，就会把DataNode归入死亡结点。而DataNode的心跳线程是单独一个线程。

现象的最后一点，6小时的间隔，可谓是这个问题的突破点。在配置文件中找到6小时的间隔的工作有两种：

1. DataNode和NameNode的6小时一次的心跳报告。用于更新NameNode上的Block信息。
2. DataNode每6小时一次的磁盘扫描。用于更新内存中的信息和磁盘中信息的不一致。

根据两者打印的日志和死亡结点发生的时间进行精确对比，发现后者的时间基本吻合。 然后，我们在集中查看磁盘扫描(DirectoryScanner)的代码。

描述一下磁盘扫描的工作流程：

1. 启动一个主线程和一个线程池。
2. 主线程往线程池提交多个磁盘扫描的任务。任务是遍历整个数据目录记录所有的数据块的信息和对应的Meta信息
3. 主线程等待线程池的任务返回，收集扫描结果。
4. 将扫描结果和内存中的数据块进行对比，得到DiffRecord，算法复杂度O(n)，数据块越多速度越慢。
5. 根据DiffRecord修改对应的内存数据。

第一步，主线程和线程池的线程都是Daemon线程。Daemon线程的默认优先级比较低。

第二步，由于涉及到磁盘读写。如果，外部磁盘压力大的时候，会拖慢整个进度。但是，整个过程没有加锁。不可能对其它线程产生影响。

第四步，数据块对比过程，为了阻止对blockMap的修改，整个过程针对DataSet对象加锁(DataSet对象是DataNode中保存所有数据块信息的内存对象)。

那心跳进程为什么会使用DataSet的对象锁? 我们写了个小程序测试，在对DataSet加锁的情况下，启动心跳线程。发现心跳线程在获取磁盘的可用空间的时候，需要获得DataSet的锁。

于是，问题变得清晰了：在6小时一次的磁盘扫描中，由于DirectoryScanner长久占用了DataSet的锁，导致心跳线程不能发出心跳包。DataNode进入死亡结点状态。而问题频发在磁盘较多的机器是因为，数据块数量和对比的过程的耗时相关。那是什么原因导致DirectoryScanner长久占用了DataSet的锁呢?

我们观察了加锁部分的代码，没有找到磁盘操作。我们估摸了下，最多数据块的机器也才80W左右各数据块。如果是纯内存操作，不可能占用锁长达10分钟甚至30分钟之久。

然后我们将怀疑的地方锁定在主线程的Daemon属性。因为，Daemon属性的线程优先级较低，怀疑是主线程在多线程的情况下，分配不到CPU时间片。

于是，我们作出第一个修改：将主线程改为普通线程的优先级。

上线第二天，死亡结点现象还是出现，现象出现的时间相对来说是短了点，但还是不能解决问题。

于是，我们开了个大招：针对死亡结点频发的结点，加上一个每分钟打印一次DataNode的jstack的脚本。

终于我们捕获了在死亡结点发生时候的几个堆栈。经过对比分析，得出的结论是：

(呵呵)数据块对比过程中，有一个使用Java的File对象的获取文件长度的getlength方法。而这个方法是直接调用一个native方法，获取磁盘上文件的长度。

当初我们就猜想，加锁部分是否有磁盘的IO操作。因为IO操作的快慢，会受到当时的机器状态影响很大。不得不说，这个位置太隐蔽了。看了很久都没发现，还好有jstack截获出来。

总结

6小时一次的DirectoryScanner在数据块对比过程中，会对DataSet加锁。如果，机器的磁盘压力很高的情况下，对比过程中的磁盘操作十分耗时。导致DirectoryScanner长期持有DataSet的锁，阻塞心跳线程和所有的DataXceiver的线程。DataNode变成死亡结点。一段时间后，对比过程结束。DataSet锁释放，DataNode回归正常工作。

解决

知道问题了就好解决了。我们采取的方式是把getlength操作提取到第二步的线程池的异步磁盘扫描中进行。

部署到线上后，数据对比时间降低到2秒左右。至此，死亡结点问题解决!

后续我们把Patch提交到Hadoop社区HDFS-5341,其中蹩脚的英语语法请大家无视。

原文地址：解决HDFS磁盘扫描导致死亡结点的问题, 感谢原作者分享。