HDFS源码分析数据块复制监控线程ReplicationMonitor（一）

 ReplicationMonitor是HDFS中关于数据块复制的监控线程，它的主要作用就是计算DataNode工作，并将复制请求超时的块重新加入到待调度队列。其定义及作为线程核心的run()方法如下：

/**
 * Periodically calls computeReplicationWork().
 * 周期性调用computeReplicationWork()方法
 */
private class ReplicationMonitor implements Runnable {

  @Override
  public void run() {

    // 如果namesystem持续运行，while循环一直进行
    while (namesystem.isRunning()) {
      try {
        // Process replication work only when active NN is out of safe mode.
        if (namesystem.isPopulatingReplQueues()) {
          // 计算数据节点工作
        computeDatanodeWork();
        // 将复制请求超时的块重新加入到待调度队列
          processPendingReplications();
        }

        // 线程休眠replicationRecheckInterval时间
        Thread.sleep(replicationRecheckInterval);
      } catch (Throwable t) {
        if (!namesystem.isRunning()) {
          LOG.info("Stopping ReplicationMonitor.");
          if (!(t instanceof InterruptedException)) {
            LOG.info("ReplicationMonitor received an exception"
                + " while shutting down.", t);
          }
          break;
        } else if (!checkNSRunning && t instanceof InterruptedException) {
          LOG.info("Stopping ReplicationMonitor for testing.");
          break;
        }
        LOG.fatal("ReplicationMonitor thread received Runtime exception. ", t);
        terminate(1, t);
      }
    }
  }
}

        ReplicationMonitor线程的run()方法运行逻辑比较清晰，如果namesystem持续运行，while循环一直进行，在这个循环内，仅当活跃NN不在安全模式时才会进行复制工作：

        1、调用computeDatanodeWork()方法计算数据节点工作；

        2、调用processPendingReplications()方法将复制请求超时的块重新加入到待调度队列

        3、线程休眠replicationRecheckInterval时间后继续运行。

        首先说下这个replicationRecheckInterval，它是名字节点检查新的复制工作的时间间隔，其初始化在BlockManager的构造函数中，代码如下：

this.replicationRecheckInterval =
  conf.getInt(DFSConfigKeys.DFS_NAMENODE_REPLICATION_INTERVAL_KEY,
              DFSConfigKeys.DFS_NAMENODE_REPLICATION_INTERVAL_DEFAULT) * 1000L;

        其取值取参数dfs.namenode.replication.interval，参数未配置的话，默认为3秒。

        再来看下计算数据节点工作的computeDatanodeWork()方法，它负责计算块复制、块无效工作可以被调度到数据节点的总数，数据节点将在接下来的心跳中被指派该工作，并返回被调度的复制或移除的块的数目，代码如下：

/**
 * Compute block replication and block invalidation work that can be scheduled
 * on data-nodes. The datanode will be informed of this work at the next
 * heartbeat.
 *
 * 计算块复制、块无效工作可以被调度到数据节点的总数。数据节点将在接下来的心跳中被指派该工作。
 * 返回被调度的复制或移除的块的数目
 *
 * @return number of blocks scheduled for replication or removal.
 */
int computeDatanodeWork() {
  // Blocks should not be replicated or removed if in safe mode.
  // It's OK to check safe mode here w/o holding lock, in the worst
  // case extra replications will be scheduled, and these will get
  // fixed up later.

/ 如果namesystem处于安全模式，直接返回0
  if (namesystem.isInSafeMode()) {
    return 0;
  }

  // 通过心跳管理器heartbeatManager获取存活数据节点数
  final int numlive = heartbeatManager.getLiveDatanodeCount();

  // blocksReplWorkMultiplier为集群每个周期每个DataNode平均待复制的数据块数量，
  // blocksToProcess为每个周期集群需要复制的数据块数量
  final int blocksToProcess = numlive
      * this.blocksReplWorkMultiplier;

  // blocksInvalidateWorkPct为集群每个周期每个DataNode平均待删除的无效数据块百分比
  // nodesToProcess为集群每个周期待删除的无效数据块数量
  final int nodesToProcess = (int) Math.ceil(numlive
      * this.blocksInvalidateWorkPct);

  // 计算复制工作量workFound
  int workFound = this.computeReplicationWork(blocksToProcess);

  // Update counters
  // namesystem加写锁
  namesystem.writeLock();
  try {

    // 调用updateState()方法更新相关状态
    this.updateState();

    // 将计算得到的复制工作量workFound赋值给被调度复制的数据块数scheduledReplicationBlocksCount
    this.scheduledReplicationBlocksCount = workFound;
  } finally {

    // namesystem释放写锁
    namesystem.writeUnlock();
  }

  // 计算删除无效块工作量，并累加到workFound
  workFound += this.computeInvalidateWork(nodesToProcess);

  // 返回总工作量workFound
  return workFound;
}

       computeDatanodeWork()方法的处理逻辑大体如下：

        1、如果namesystem处于安全模式，直接返回0；

        2、通过心跳管理器heartbeatManager获取存活数据节点数numlive；

        3、计算每个周期集群需要复制的数据块数量blocksToProcess：存活数据节点数numlive乘以集群每个周期每个DataNode平均待复制的数据块数量blocksReplWorkMultiplier，blocksReplWorkMultiplier取参数dfs.namenode.replication.work.multiplier.per.iteration，参数未配置的话默认为2；

        4、计算集群每个周期待删除的无效数据块数量nodesToProcess：存活数据节点数numlive乘以集群每个周期每个DataNode平均待删除的无效数据块百分比blocksInvalidateWorkPct，blocksInvalidateWorkPct取参数dfs.namenode.invalidate.work.pct.per.iteration，参数未配置的话默认为0.32f，计算结果向上取整；

        5、调用computeReplicationWork()方法，传入blocksToProcess，计算复制工作量workFound；

        6、namesystem加写锁；

        7、调用updateState()方法更新相关状态；

        8、将计算得到的复制工作量workFound赋值给被调度复制的数据块数scheduledReplicationBlocksCount；

        9、namesystem释放写锁；

        10、调用computeInvalidateWork()方法，传入nodesToProcess()，计算删除无效块工作量，并累加到workFound；

        11、返回总工作量workFound。

        下面，我们看下计算复制工作量的computeReplicationWork()方法，代码如下：

/**
 * Scan blocks in {@link #neededReplications} and assign replication
 * work to data-nodes they belong to.
 *
 * The number of process blocks equals either twice the number of live
 * data-nodes or the number of under-replicated blocks whichever is less.
 *
 * @return number of blocks scheduled for replication during this iteration.
 */
int computeReplicationWork(int blocksToProcess) {
  List<List<Block>> blocksToReplicate = null;

  // namesystem加写锁
  namesystem.writeLock();
  try {
    // Choose the blocks to be replicated
    // 通过neededReplications的chooseUnderReplicatedBlocks()方法，
    // 选取blocksToProcess个待复制的数据块，放入blocksToReplicate列表，
    // blocksToReplicate是一个数据块列表的列表，外层的位置索引代表数据块复制的优先级
    blocksToReplicate = neededReplications
        .chooseUnderReplicatedBlocks(blocksToProcess);
  } finally {

    // namesystem释放写锁
    namesystem.writeUnlock();
  }

  // 调用computeReplicationWorkForBlocks()方法，进行实际数据块复制操作，传入待复制数据块列表的列表，位置索引代表复制的优先级
  return computeReplicationWorkForBlocks(blocksToReplicate);
}

        computeReplicationWork()方法比较短，逻辑也很清晰，如下：

        1、namesystem加写锁；

        2、通过neededReplications的chooseUnderReplicatedBlocks()方法，选取blocksToProcess个待复制的数据块，放入blocksToReplicate列表，blocksToReplicate是一个数据块列表的列表，外层的位置索引代表数据块复制的优先级：

        关于如何通过neededReplications的chooseUnderReplicatedBlocks()方法选取blocksToProcess个待复制的数据块，请参考《HDFS源码分析之UnderReplicatedBlocks（二）》一文；

        3、namesystem释放写锁；

        4、调用computeReplicationWorkForBlocks()方法，进行实际数据块复制操作，传入待复制数据块列表的列表，位置索引代表复制的优先级。