副本放置策略与磁盘选择策略的矛盾及优化

前言

在HDFS（分布式文件系统）中，文件块的写入策略由两大类策略决定：副本放置策略（BlockPlacementPolicy）和磁盘选择策略（VolumeChoosingPolicy）。这两者在目标节点选择上存在某种矛盾，值得深入探讨。

副本放置策略与磁盘选择策略的矛盾

矛盾的根源

副本放置策略通过BlockPlacementPolicy类决定文件块的目标写入节点，而磁盘选择策略则通过VolumeChoosingPolicy类决定目标节点上的具体磁盘目录。目前的实现中，DataNode端完全忽略NameNode提供的目标位置选择，这种做法是否合理值得商榷。

代码分析

以下代码展示了服务端选择目标存储位置的逻辑：

DatanodeStorageInfo chooseStorage4Block(DatanodeDescriptor dnd, long blockSize, List
   
     results, StorageType storageType) {
    DatanodeStorageInfo storage = dnd.chooseStorage4Block(storageType, blockSize);
    if (storage != null) {
        results.add(storage);
    } else {
        logNodeIsNotChosen(dnd, "no good storage to place the block ");
    }
    return storage;
}

public DatanodeStorageInfo chooseStorage4Block(StorageType t, long blockSize) {
    final long requiredSize = blockSize * HdfsServerConstants.MIN_BLOCKS_FOR_WRITE;
    final long scheduledSize = blockSize * getBlocksScheduled(t);
    long remaining = 0;
    DatanodeStorageInfo storage = null;
    for (DatanodeStorageInfo s : getStorageInfos()) {
        if (s.getState() == State.NORMAL && s.getStorageType() == t) {
            if (storage == null) {
                storage = s;
            }
            long r = s.getRemaining();
            if (r >= requiredSize) {
                remaining += r;
            }
        }
    }
    if (requiredSize > remaining - scheduledSize) {
        LOG.debug("The node {} does not have enough {} space (required={}, scheduled={}, remaining={}).",
                this, t, requiredSize, scheduledSize, remaining);
        return null;
    }
    return storage;
}

两大发现

BlockPlacementPolicy同样会对目标写入目录进行选择。

当前的选择逻辑总是选择第一个有效的存储位置。

矛盾的解决方案

选择一致化改造

为解决此问题，我们提出了“选择一致化”改造，旨在优化目标存储位置的选择逻辑。

数据传输改进：

将服务端选择的目标存储位置标识（storageID）传递至DataNode端的VolumeChoosingPolicy中。

该改造涉及更新多个类文件，社区已完成相关工作（JIRA：HDFS-9807），VolumeChoosingPolicy接口将新增参数storageId。

服务端存储选择策略：

定义新的策略类DatanodeStorageInfoChoosingPolicy，负责服务端磁盘目录的选择。

该策略应基于块大小和预定块数量进行优化（JIRA：HDFS-11464）。

一致化策略实现：

定义新的策略类VolumeChoosingPolicyt，同时实现VolumeChoosingPolicy和DatanodeStorageInfoChoosingPolicy接口，确保服务端选择结果与DataNode策略一致。

结论

副本块的存储策略与磁盘选择策略的协同优化对HDFS的读写效率至关重要。建议将提案应用于内部版本进行测试和分析，以进一步提升HDFS的性能表现。

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