初始zookeeper與集羣搭建實例

zookeeper是什麼

Zookeeper,一種分佈式應用的協做服務,是Google的Chubby一個開源的實現,是Hadoop的分佈式協調服務,它包含一個簡單的原語集,應用於分佈式應用的協做服務,使得分佈式應用能夠基於這些接口實現諸如同步、配置維護和分集羣或者命名的服務。

zookeeper是一個由多個service組成的集羣,一個leader,多個follower,每一個server保存一份數據部分,全局數據一致,分佈式讀寫,更新請求轉發由leader實施.

更新請求順序進行,來自同一個client的更新請求按其發送順序依次執行,數據更新原子性,一次數據更新要麼成功,要麼失敗,全局惟一數據試圖,client不管鏈接到哪一個server,數據試圖是一致的.

爲何要用zookeeper

大部分分佈式應用須要一個主控、協調器或控制器來管理物理分佈的子進程（如資源、任務分配等）,目前,大部分應用須要開發私有的協調程序,缺少一個通用的機制.協調程序的反覆編寫浪費,且難以造成通用、伸縮性好的協調器,ZooKeeper：提供通用的分佈式鎖服務,用以協調分佈式應用

zookeeper工做原理

zookeeper的核心是原子廣播,這個機制保證了各個server之間的同步,實現這個機制的協議叫作Zab協議.Zab協議有兩種模式,他們分別是恢復模式和廣播模式.

　 1.當服務啓動或者在領導者崩潰後,Zab就進入了恢復模式,當領導着被選舉出來,且大多數server都完成了和leader的狀態同步後,恢復模式就結束了.狀態同步保證了leader和server具備相同的系統狀態.

　 2.一旦leader已經和多數的follower進行了狀態同步後,他就能夠開始廣播消息了,即進入廣播狀態.這時候當一個server加入zookeeper服務中,它會在恢復模式下啓動,發下leader,並和leader進行狀態同步,待到同步結束,它也參與廣播消息.

說明:

    廣播模式須要保證proposal被按順序處理,所以zk採用了遞增的事務id號(zxid)來保證.全部的提議(proposal)都在被提出的時候加上了zxid.實現中zxid是一個64爲的數字,它高32位是epoch用來標識leader關係是否改變,每次一個leader被選出來,它都會有一個新的epoch.低32位是個遞增計數.

    當leader崩潰或者leader失去大多數的follower,這時候zk進入恢復模式,恢復模式須要從新選舉出一個新的leader,讓全部的server都恢復到一個正確的狀態.

    zookeeper服務一致維持在Broadcast狀態,直到leader崩潰了或者leader失去了大部分的followers支持.

    Broadcast模式極其相似於分佈式事務中的2pc（two-phrase commit 兩階段提交）：即leader提起一個決議,由followers進行投票,leader對投票結果進行計算決定是否經過該決議,若是經過執行該決議（事務）,不然什麼也不作.

Leader選舉

每一個Server啓動之後都詢問其它的Server它要投票給誰,對於其餘server的詢問,server每次根據本身的狀態都回複本身推薦的leader的id和上一次處理事務的zxid（系統啓動時每一個server都會推薦本身）,收到全部Server回覆之後,就計算出zxid最大的哪一個Server,並將這個Server相關信息設置成下一次要投票的Server.計算這過程當中得到票數最多的的sever爲獲勝者,若是獲勝者的票數超過半數,則改server被選爲leader.不然,繼續這個過程,直到leader被選舉出來.leader就會開始等待server鏈接,Follower鏈接leader,將最大的zxid發送給leader,Leader根據follower的zxid肯定同步點,完成同步後通知follower 已經成爲uptodate狀態,Follower收到uptodate消息後,又能夠從新接受client的請求進行服務了.

zookeeper的數據模型

層次化的目錄結構,命名符合常規文件系統規範

每一個節點在zookeeper中叫作znode,而且其有一個惟一的路徑標識

節點Znode能夠包含數據和子節點,可是EPHEMERAL類型的節點不能有子節點

Znode中的數據能夠有多個版本,好比某一個路徑下存有多個數據版本,那麼查詢這個路徑下的數據就須要帶上版本

客戶端應用能夠在節點上設置監視器,節點不支持部分讀寫,而是一次性完整讀寫

Zoopkeeper 提供了一套很好的分佈式集羣管理的機制,就是它這種基於層次型的目錄樹的數據結構,並對樹中的節點進行有效管理,從而能夠設計出多種多樣的分佈式的數據管理模型

Zookeeper的節點

Znode有兩種類型,短暫的（ephemeral）和持久的（persistent）

Znode的類型在建立時肯定而且以後不能再修改

短暫znode的客戶端會話結束時,zookeeper會將該短暫znode刪除,短暫znode不能夠有子節點

持久znode不依賴於客戶端會話,只有當客戶端明確要刪除該持久znode時纔會被刪除

Znode有四種形式的目錄節點,PERSISTENT、PERSISTENT_SEQUENTIAL、EPHEMERAL、EPHEMERAL_SEQUENTIAL.

znode 能夠被監控,包括這個目錄節點中存儲的數據的修改,子節點目錄的變化等,一旦變化能夠通知設置監控的客戶端,這個功能是zookeeper對於應用最重要的特性,

經過這個特性能夠實現的功能包括配置的集中管理,集羣管理,分佈式鎖等等.

Zookeeper的角色

領導者（leader）,負責進行投票的發起和決議,更新系統狀態

學習者（learner）,包括跟隨者（follower）和觀察者（observer）.

follower用於接受客戶端請求並想客戶端返回結果,在選主過程當中參與投票

Observer能夠接受客戶端鏈接,將寫請求轉發給leader,但observer不參加投票過程,只同步leader的狀態,observer的目的是爲了擴展系統,提升讀取速度

客戶端（client）,請求發起方

Watcher

Watcher 在 ZooKeeper 是一個核心功能,Watcher 能夠監控目錄節點的數據變化以及子目錄的變化,一旦這些狀態發生變化,服務器就會通知全部設置在這個目錄節點上的 Watcher,從而每一個客戶端都很快知道它所關注的目錄節點的狀態發生變化,而作出相應的反應

能夠設置觀察的操做：exists,getChildren,getData

能夠觸發觀察的操做：create,delete,setData

znode以某種方式發生變化時,「觀察」（watch）機制可讓客戶端獲得通知.

能夠針對ZooKeeper服務的「操做」來設置觀察,該服務的其餘 操做能夠觸發觀察.

好比,客戶端能夠對某個客戶端調用exists操做,同時在它上面設置一個觀察,若是此時這個znode不存在,則exists返回 false,若是一段時間以後,這個znode被其餘客戶端建立,則這個觀察會被觸發,以前的那個客戶端就會獲得通知.

Zookeeper集羣搭建

Zookeeper 不只能夠單機提供服務,同時也支持多機組成集羣來提供服務,實際上Zookeeper還支持另一種僞集羣的方式,也就是能夠在一臺物理機上運行多個Zookeeper實例.

Zookeeper經過複製來實現高可用性,只要集合體中半數以上的機器處於可用狀態,它就可以保證服務繼續。

集羣容災性:

　3臺機器只要有2臺可用就能夠選出leader而且對外提供服務(2n+1臺機器,能夠容n臺機器掛掉)。

Zookeeper僞分佈式環境搭建:

一、去Zookeeper官網下載最新版本的Zookeeper.

[root@localhost zookeeper-cluster]# pwd
/export/search/zookeeper-cluster [root@localhost zookeeper-cluster]# ls
zookeeper-3.4.6.tar.gz [root@localhost zookeeper-cluster]# [root@localhost zookeeper-cluster]# tar -zxvf zookeeper-3.4.6.tar.gz #建立第一個集羣節點
[root@localhost zookeeper-cluster]# mv zookeeper-3.4.6 zookeeper-3.4.6-node1
[root@localhost zookeeper-cluster]# cd zookeeper-3.4.6-node1
[root@localhost zookeeper-3.4.6-node1]# pwd
/export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node1 #建立數據存放路徑
[root@localhost zookeeper-3.4.6-node1]# mkdir data
[root@localhost zookeeper-3.4.6-node1]# cd ../ #建立第二第三個集羣節點
[root@localhost zookeeper-cluster]# cp zookeeper-3.4.6-node1 zookeeper-3.4.6-node2 -R
[root@localhost zookeeper-cluster]# cp zookeeper-3.4.6-node1 zookeeper-3.4.6-node3 -R
[root@localhost zookeeper-cluster]# ls
zookeeper-3.4.6-node1  zookeeper-3.4.6-node2  zookeeper-3.4.6-node3  zookeeper-3.4.6.tar.gz [root@localhost zookeeper-cluster]# cd zookeeper-3.4.6-node1/conf/
[root@localhost conf]# ls
configuration.xsl log4j.properties zoo_sample.cfg #建立zoo.cfg文件
[root@localhost conf]# cp zoo_sample.cfg zoo.cfg

二、配置zoo.cfg文件:

#zookeeper-3.4.6-node1的配置
tickTime=2000 initLimit=10 syncLimit=5 clientPort=2181 dataDir=/export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node1/data server.1=localhost:2887:3887 server.2=localhost:2888:3888 server.3=localhost:2889:3889

#zookeeper-3.4.6-node2的配置
tickTime=2000 initLimit=10 syncLimit=5 clientPort=2182 dataDir=/export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node2/data server.1=localhost:2887:3887 server.2=localhost:2888:3888 server.3=localhost:2889:3889

#zookeeper-3.4.6-node3的配置
tickTime=2000 initLimit=10 syncLimit=5 clientPort=2183 dataDir=/export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node3/data server.1=localhost:2887:3887 server.2=localhost:2888:3888 server.3=localhost:2889:3889

參數說明:

tickTime=2000:
tickTime這個時間是做爲Zookeeper服務器之間或客戶端與服務器之間維持心跳的時間間隔,也就是每一個tickTime時間就會發送一個心跳；

initLimit=10:
initLimit這個配置項是用來配置Zookeeper接受客戶端（這裏所說的客戶端不是用戶鏈接Zookeeper服務器的客戶端,而是Zookeeper服務器集羣中鏈接到Leader的Follower 服務器）初始化鏈接時最長能忍受多少個心跳時間間隔數。
當已經超過10個心跳的時間（也就是tickTime）長度後 Zookeeper 服務器尚未收到客戶端的返回信息,那麼代表這個客戶端鏈接失敗。總的時間長度就是 10*2000=20 秒；

syncLimit=5:
syncLimit這個配置項標識Leader與Follower之間發送消息,請求和應答時間長度,最長不能超過多少個tickTime的時間長度,總的時間長度就是5*2000=10秒；

dataDir=/export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node1/data
dataDir顧名思義就是Zookeeper保存數據的目錄,默認狀況下Zookeeper將寫數據的日誌文件也保存在這個目錄裏；

clientPort=2181
clientPort這個端口就是客戶端鏈接Zookeeper服務器的端口,Zookeeper會監聽這個端口接受客戶端的訪問請求；

server.1=localhost:2887:3887
server.2=localhost:2888:3888
server.3=localhost:2889:3889
server.A=B：C：D：
A是一個數字,表示這個是第幾號服務器,B是這個服務器的ip地址
C第一個端口用來集羣成員的信息交換,表示的是這個服務器與集羣中的Leader服務器交換信息的端口
D是在leader掛掉時專門用來進行選舉leader所用

三、建立ServerID標識

除了修改zoo.cfg配置文件,集羣模式下還要配置一個文件myid,這個文件在dataDir目錄下,這個文件裏面就有一個數據就是A的值,在上面配置文件中zoo.cfg中配置的dataDir路徑中建立myid文件

[root@localhost zookeeper-cluster]# cat /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node1/data/myid
1 [root@localhost zookeeper-cluster]# cat /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node2/data/myid
2 [root@localhost zookeeper-cluster]# cat /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node3/data/myid
3

四、啓動zookeeper

[root@localhost zookeeper-cluster]# /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node1/bin/zkServer.sh start
JMX enabled by default Using config: /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node1/bin/../conf/zoo.cfg Starting zookeeper ... STARTED [root@localhost zookeeper-cluster]# /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node2/bin/zkServer.sh start
JMX enabled by default Using config: /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node2/bin/../conf/zoo.cfg Starting zookeeper ... STARTED [root@localhost zookeeper-cluster]# /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node3/bin/zkServer.sh start
JMX enabled by default Using config: /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node3/bin/../conf/zoo.cfg Starting zookeeper ... STARTED

五、檢測集羣是否啓動

[root@localhost zookeeper-cluster]# echo stat|nc localhost 2181
[root@localhost zookeeper-cluster]# echo stat|nc localhost 2182
[root@localhost zookeeper-cluster]# echo stat|nc localhost 2183 #或者
[root@localhost zookeeper-cluster]# /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node1/bin/zkCli.sh
[root@localhost zookeeper-cluster]# /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node2/bin/zkCli.sh
[root@localhost zookeeper-cluster]# /export/search/zookeeper-cluster/zookeeper-3.4.6-node3/bin/zkCli.sh

僞集羣部署注意事項:

在一臺機器上部署了3個server；須要注意的是clientPort這個端口若是在1臺機器上部署多個server,那麼每臺機器都要不一樣的clientPort.

好比 server.1是2181,server.2是2182,server.3是2183

最後幾行惟一須要注意的地方就是

server.X 這個數字就是對應 data/myid中的數字。你在3個server的myid文件中分別寫入了1,2,3,那麼每一個server中的zoo.cfg都配 server.1,server.2,server.3就OK了

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