作者介绍
冯武，目前在瓜子从事大数据集群运维管理，主要负责Hadoop、Ansible、Ambari、Cloudera Manager等技术栈的维护调优工作。
公司从建设Hadoop起，采用了Apache社区版本的Hadoop，随着业务的发展，集群规模越来越来大，现已突破百余节点。
在频繁的更改配置、增删节点、监控告警等操作中，传统手工运维的弊端被放得越来越大，日常维护消耗了工程师大量的时间和精力。
现状的产生是可以理解的，公司基础架构的发展往往始于快速搭建，然后在崩溃中挣扎，最后瓶颈痛苦后经历重构。本文将介绍，我们团队如何一步一步优化Hadoop运维部署架构。
一、梳理痛点，调研并制定最优方案
1、老集群主要痛点
多个组件，HA配置，部署方案存在风险：
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HDFS HA配置不够完善；
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Yarn没有HA；
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HiveServer2 / Hive MetaStore没有HA；
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NameNode与JournalNode混合部署；
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Zookeeper与DataNode混合部署。
哪台机器安装哪些进程，不可知：
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历史遗留问题，首先各机器服务安装清单不齐全，需手工维护；
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安装各类小工具，已不可考证。
没有机架感知（rack level）相关配置：
- HDFS的持久性会经受考验，没有跨机架的3副本。
各组件的conf管理方式原始，各节点配置没有统一管理：
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调参，目前依赖逐台机器的con_bak方式；
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conf没有版本控制，各worker节点可能各不相同，导致资源错配、浪费；
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conf没法按机器分组，也没有记录维护分组的地方。
无客户端管理：
- 客户端如果管理不到位，影响admin做大部分的参数调优，部署调整，严重影响Hadoop的可维护性。
HDFS依赖的JournalNode仍然和NameNode混合部署：
- NameNode主盘的IOPS已经很高了。
日常运维麻烦：
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重启一个进程，至少需要4步：ssh到跳板机→ssh到目标机→切换Hadoop用户→重启服务命令；
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滚动重启没有正规化的trigger，很难做集群级别的调参。
监控报警不全：
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没有Hadoop工具集的统一探针服务；
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人工给各组件添加prometheus collector工作压力巨大。
机器操作系统不统一：
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40% ubuntu；
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60% centos。
没有用DNS解析，需要维护/etc/hosts。
2、解决方案的思考
为了一次性解决以上尽可能多的痛点，不得不思考跳出手工运维的大坑。我们整理出了三种方案：
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方案一，采用Ansible工具进行半自动管理，经过一段时间使用，批量部署修改效率明显提升，但是配置管理等依然不方便，容易失误；
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方案二，先采用Ansible过渡，采用Cloudera Manager托管现Apache集群，在托管测试中发现CDH 5.x的Hadoop版本为2.6.0，而公司用的Hadoop版本为2.7.2，有大版本的跨跃，且被托管需要Hadoop降版本，这个无法实现，所以失败；
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方案三，先采用Ansible过渡，采用Ambari托管现Apache集群，采用HDP 2.6.5版本与现集群几乎匹配，可升级。
3、我们的选择
平台升级一般有2种大的选择：
第一种是原地升级即直接在原有平台上操作，该办法操作效率较高，马上看到效果，但往往风险较高，比如升级失败回滚方案不完善，可能HDFS还有丢数据的风险；
第二种是拷贝数据的方式升级，需要额外的服务器资源，需要新搭平台，然后把旧平台的数据拷贝过去，数据拷贝完毕后，再把旧集群的机器下线了慢慢加入到新集群，该方法一般实施周期较长，但风险较小。
根据实际情况（成本/可行性分析）考虑，最后选择方案三：Apache集群原地升级Ambari-HDP。
原地升级该怎么做？主要有以下思考：
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第一，升级的重中之重是HDFS，只要HDFS完成托管且数据不丢失，其他组件Yarn、HBase就能水到渠成，这样我们主要精力放到HDFS的升级上面；
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第二，Apache集群的HDFS版本为2.7.2，HDP的为2.7.3，NameNode元数据的结构是一致的；
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第三，HDP版本和Apache的解析数据的方式、原理是一样的，只有进程启动的方式、配置文件的目录不一样。
所以只要把Apache HDFS的元数据拷贝到HDP的元数据目录，然后用HDP命令启动Name Node就可以升级NameNode；DataNode同理，HDP启动DataNode只要配置中指向老集群的数据目录即可。如此，Apache的HDFS就可升级成HDP版本。
下图是整个集群升级前后的部署全景对比：
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（点击图片可查看清晰大图）
下图是整个集群的操作流程：
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（点击图片可查看清晰大图）
二、各组件升级的技术本质和挑战
升级顺序是：
Zookeeper → HDFS → Yarn → HBase
升级的通用思想是：备份老集群的元数据目录，用HDP版本的进程，使用新备份出来的元数据目录启动。如果遇到任何错误，可以迅速回滚（使用Apache版本的进程，使用老的元数据目录重启）。
备份元数据的好处是，新HDP进程启动过程中发生任何问题，不会污染老的元数据。
每个组件在升级过程中，都有一些特殊的难点，分别阐述：
1、Zookeeper升级
1）停止Apache的zk & 安装HDP的zk（data_dir不同）：
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2）Copy zk data到HDP data_dir覆盖&同步配置文件：
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3）启动HDP zk&下线Apache zk：
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4）验证：如此，Zookeeper就升级完成了，同理可快速回滚。
2、HDFS升级
HDFS的三台管理节点操作系统是ubuntu，不能直接升级，这里预备了用于替换的centos机器，在安装HDP HDFS时，需要先切换hostname+IP到新centos系统的机器进行安装。
1）记录HDFS老状态，3台master节点为ubuntu系统：
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2）停止Apache HDFS & 备份元数据。
3）准备centos新机器&切换hostname+IP：
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4）新centos机器上安装HDP HDFS&同步配置文件：
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5）拷贝Apache HDFS NameNode & JournalNode的元数据到HDP HDFS目录并覆盖：
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6）同步配置并启动HDP JournalNode & NameNode：
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7）安装DataNode &启动：
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8）启动DataNode数据汇报完成，完成升级：
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9）验证：HDFS数据上传下载测试&数据完整行校验。
3、Yarn升级
1）停止Apache Yarn &安装HDP Yarn：
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2）同步配置&启动HDP Yarn &下线Apache Yarn：
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3）Enalbe Yarn HA：
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4）验证：进行简单MR / Hive / tez / Spark测试。
5）问题：怎么去兼容new / old client？
A：在升级Yarn的过程中，发现old client提交job时找不到org.Apache.Hadoop.mapreduce.v2.app.M RAppMaster，经过分析与以下两个参数有关：
- mapreduce.framework.name
在HDP中是支持多版本mapreduce的，所以开启了这个参数用于存放多版本任务所需lib。而old client没开启这个参数导致问题，所以在server的关闭该参数。
- **yarn.application.classpath **
该classpath在new / old classpath中不一致，（如old client由于历史原因指定了YARN_HOME的）所以考虑怎么能在启动Yarn启动container时找到$YARN_HOME呢？
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在yarn-env中export $YARN_HOME；
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并将该变量$YARN_HOME指向container内部yarn.nodemanager.admin-env；
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将old client的lib软链接（或者copy）到new nodemanager节点相应$YARN_HOME下。
4、HBase升级
1）停止Apache HBase &安装HDP HBase：
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2）同步配置启动HDP HBase &下线Apache HBase：
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3）验证：进行get / put测试基本测试。
4）问题：怎样能既快速又最小影响地停止HBase呢？直接stopregionserver会产生大量的WALlog，升级启动时恢复数据容易出错，且耗时较长，grancfulstop最后region相互迁移不仅耗时长，最后也需要大量的WALlog恢复。
A：停机时，保证不产生额外的WAL，且保证速度。
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disable table来停止继续写入数据，等升级完成后enble table恢复写入。由于disable_all执行效率低，建议采取了多进程的方式并行disable table；
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flush table刷写memstore，减少WALlog恢复。
三、收获经验
1、工作协调最关键
本次Hadoop升级，涉及到shutdown整个集群。意味着全公司的所有大数据pipelien都会经历一次停止/启动。要规划好全公司所有大数据工程师的一致行动，是很有挑战的一件事情。有一些经验总结：
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提前与各使用方沟通运维窗口期，找到各业务线能达成一致的业务低峰期作为运维窗口期，把对业务的影响降到最低。我们在沟通过程中，就发生了首次协商的时间，因为部分团队没发达成一致，最后在第二次充分沟通后才找到合适的运维窗口期，使全公司数据团队达成一致；
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建一个“专项作战群”，不定期同步项目进度，让所有参与方感受到项目的热度；
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协调各Hadoop组件管理员，在升级前后，参与server端的确认和恢复工作；
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协调各业务方接口人，在升级前后，参与应用/服务的确认和恢复工作，保障业务快速恢复。
2、团队协作
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梳理整个上线运维窗口期所有操作的checklist，团队实施人员按照分工操作配合；
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一定要明确分工。有人负责主流程操作，有人在“专项作战群”对接业务方接口人；
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checklist一定要多人相互review，在事前确保万无一失，避免当场遇到问题手忙脚乱。
3、压缩停机时间
本次Hadoop升级，预支了6个小时的停服窗口期。但运维中的每一项工作，仍然要不断地压缩操作时长。
1）能前置的工作尽量前置：
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新机器准备，新机器操作系统统一；
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ambari-server安装& ams安装；
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ambari集群配置文件准备。
这里着重说下Ambari集群的配置脚本化。在改为Ambari集群后，首先要把所有slave节点加入Ambari托管，再梳理老集群所有组件的所有配置，然后apply到Ambari集群上。
而在Ambari添加节点&更改每一个组件的配置，如果通过webUI逐项更改，都耗时太长。经过调研，我们将以上所有工作自动化：
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使用API安装组件，提升效率；
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使用configs.py设置配置参数，节约手动配置时间，例如在ambari-server节点上：
python/var /lib/ambari-server/resources/scripts/ configs.py -n hostname -c hadoop-env -a set -f hadoop-env.json
2）充分压缩单项操作的操作时长：
操作自动化。
此次升级工作中，我们采用的是Ansible自动化工具来批量执行大量操作，包括停止集群脚本、etc_hosts 配置脚本、bashrc 配置脚本、agent 刷配置脚本、测试脚本。根据需要，预先编写好playbook并在ansible-AWX中配置妥当，就可以在升级过程中一键执行。不仅省去了手工执行的时间消耗，并行执行也大大提高操作效率，压缩操作时长。
下面是playbook样例：
ambari_install/
├── group_vars
├── inventory
│ ├── ambari_agent
│ ├── ambari_bashrc
│ ├── ambari_hosts
│ ├── ambari_ln
│ └── ambari_slave
├── README.md
├── roles
│ ├── ambari_agent
│ │ └── tasks
│ │ └── main.yml
│ ├── ambari_bashrc
│ │ ├── files
│ │ │ └── bashrc_default
│ │ └── tasks
│ │ └── main.yml
│ ├── ambari_hosts
│ │ ├── files
│ │ │ ├── hosts_default
│ │ │ └── hosts_old
│ │ └── tasks
│ │ └── main.yml
│ └── ambari_ln
│ └── tasks
│ └── main.yml
└── roles.yml
配置到ansible-AWX的project/inventory/templates
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这样就可以一键运行了。
3）尽可能并行化某些操作步骤：
不同的人负责执行不同的脚本。
4、多做演练
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从运维窗口期的前1个月开始，每周进行全流程演练；
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每次演练，不定时地强制要求回滚；
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最后一次，在公司的全局测试环境，做最后一次“演练”。
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