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hdfs dn锁拆分

article 2024/9/22 14:37:11

一、当前实现及问题

HDFS社区版本中DN内部使用了一把全局锁，volume操作之间的并发能力受到制约。

当前使用的锁为AutoCloseableLock，实际上就是一个ReentrantLock

public class AutoCloseableLock implements AutoCloseable {

  private final Lock lock;
  public AutoCloseableLock() {
    this(new ReentrantLock());
  }

  public AutoCloseableLock(Lock lock) {
    this.lock = lock;
  }
  public AutoCloseableLock acquire() {
    lock.lock();
    return this;
  }
  public void release() {
    lock.unlock();
  }
  @Override
    public void close() {
    release();
  } 
  //...

涉及的类：

FsDatasetImpl、FsVolumeImpl、ProvidedVolumeImpl、DistBalancer、ReplicaMap、BPServiceActor等

高密度场景下的dn节点，volume越多，原版本带来的锁问题越大：

FsDataSet使用全局锁控制volume读写，增加volume个数无疑会增加锁竞争，且会拖慢并行写入的吞吐，降低单机的性能
volume增多之后，IBR以及FBR也会相应的增加，这对NN和DN通讯也会带来更大的压力
机器磁盘故障时，影响的数据量级比之前增加很多，需要做到快速恢复

二、优化方案

第一阶段 AutoCloseableLock 改为 ReentrantReadWriteLock

AutoCloseableLock直接使用的是ReentrantLock，改进后使用InstrumentedReadWriteLock，底层通过ReentrantReadWriteLock进行封装实现。对一些DN操作可以使用读锁来提高并发（共享资源被一个线程写入时，其他线程不能读取和写入；共享资源可以被多个线程同时读取）。

可使用读锁的相关功能：

1.Replicamap

该类维护副本的集合。一些方法会调用`replicmap .replicas()`(例如`getBlockReports`, `getFinalizedBlocks`, `deepCopyReplica`)，并且只以只读方式使用，所以它们也可以切换到使用readLock。

2.Disk Balancer和Directory Scanner

目录扫描仪和磁盘均衡器，只需要读锁。

3.FsDatasetImpl

FsDatasetImpl中的方法getVolume、getStoredBlock、deepCopyReplica、getTmpInputStreams等都可以改用readLock

类图：

BlockPool-Volume加锁用的AutoCloseDataSetLock，继承了 AutoCloseableLock，通过try-with-resources调用，实现自动释放锁

第二阶段拆锁

针对全局锁的问题，可以考虑做拆锁方案，减少FsDataSet读写数据时引起的锁竞争与锁等待。

从结构上来看，FsDataSet划分数据有两个层面上的聚合，第一个是BlockPool级别，第二个是Volume级别。

对于federation集群来说，一个集群会有大于一个的BlockPool，BlockPool本身会包含着多volume，结构划分如下：

对于这样的结构划分，考虑拆解为BlockPool级别的（父）锁以及Volume级别的（子）锁。

按照场景确定不同的加锁规则：

1.对于一个volume内的数据读写操作，我们需要对该操作加volume级别的读写锁和BlockPool级别的读锁（优化的关键，一个volume内的数据读写，本质上没有改变BlockPool级别的元数据逻辑，因此只需要加读锁）

2.对于多个volume间的数据读写操作，例如dn内部的数据迁移，则需要加BlockPool级别的写锁，此时则不能加volume级别的锁

3.对于BlockPool级别的元数据变更，例如BlockPool清理，BlockPool添加等，这个属于BlockPool级别改动，需要加BlockPool级别的写锁。部分场景下需要加dn进程级别的全局锁

三、社区现状

社区issue:[HDFS-15382] Split one FsDatasetImpl lock to volume grain locks. - ASF JIRA

一共包含 13个子任务，其中9个子任务已解决

done

目前社区已经基本完成锁的拆分，包括实现读写锁 AutoCloseDataSetLock、实现管理类 DataSetLockManager、将全局锁拆分成读写锁（其中锁的拆分在社区是逐步完成的，首先是将所有的锁替换成BLOCK_POOL类型的锁，然后再逐步将锁粒度细化成BLOCK_POOL+VOLUME），此外也解决了已知的死锁问题

当前已经将社区所有已完成的子任务及其相关依赖的pr合并，进行了读写性能测试。并且在逻辑层面梳理了所有改造相关的加锁流程，排除了死锁的可能

todo

[HDFS-16657] Changing pool-level lock to volume-level lock for invalidation of blocks - ASF JIRA 当一个非常繁忙的节点上出现block invalidation，这个时候DN正在尝试查找块文件的父路径，因此存在池级锁定中的磁盘 I/O。当磁盘变得非常繁忙且 io 等待时间长时，所有待处理线程都会被 pool 级锁阻塞，心跳时间高。这个issue有被讨论，下一步可能有意向去搞

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http://www.kler.cn/news/284391.html