分布式系统的可靠协调系统——Zookeeper
文章目录
- 一、zookeeper简介
- 1.1 zookeeper的概述
- 1.2 Zookeeper的定义
- 1.3 Zookeeper的工作机制
- 1.4 Zookeeper 的特点
- 1.5 zookeeper 的数据结构
- 二、Zookeeper的应用场景
- 2.1 统一命名服务
- 2.2 统一配置管理
- 2.3 统一集群管理
- 2.4 服务器动态上下线
- 2.5 软负载均衡
- 三、Zookeeper的选举机制
- 3.1 第一次启动选举机制
- 3.2 非第一次启动选举机制
- 四、部署Zookeeper集群
- 4.1 部署Zookeeper集群的具体实验步骤(实操)
- 1.安装前准备
- 2.安装Zookeeper\
- 3.修改配置文件
- ① 复制配置文件
- ② 修改配置,添加集群信息
- 4.在每个节点上创建数据目录和日志目录
- 5.在每个节点的dataDir指定的目录下创建一个myid的文件
- 6.配置Zookeeper启动脚本
- 7.设置开机自启
- 8.分别启动 Zookeeper并查看状态
一、zookeeper简介
1.1 zookeeper的概述
ZooKeeper是一个分布式的,开放源码的分布式应用程序协调服务,是Google的Chubby一个开源的实现,是Hadoop和Hbase的重要组件。它是一个为分布式应用提供一致性服务的软件,提供的功能包括:配置维护、域名服务、分布式同步、组服务等。
ZooKeeper的目标就是封装好复杂易出错的关键服务,将简单易用的接口和性能高效、功能稳定的系统提供给用户。
ZooKeeper包含一个简单的原语集,提供Java和C的接口。
ZooKeeper代码版本中,提供了分布式独享锁、选举、队列的接口,代码在$zookeeper_home\src\recipes。其中分布锁和队列有Java和C两个版本,选举只有Java版本。
1.2 Zookeeper的定义
Zookeeper是一~个开源的分布式的,为分布式框架提供协调服务的Apache项目。
1.3 Zookeeper的工作机制
Zookeeper从设计模式角度来理解:是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架,它负责存储和管理大家都关心的数据,然后接受观察者的注册,一旦这些数据的状态发生变化,Zookeeper就将负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应。
就是说Zookeeper =文件系统+通知机制。
1.4 Zookeeper 的特点
(1) Zookeeper:一个领导者(Leader) ,多个跟随者(Follower) 组成的集群。
(2) Zookeepe集群中只要有半数以上节点存活,Zookeeper集群就能正常服务。所以Zookeeper适合安装奇数台服务器。
(3)全局数据一致:每个Server保存一份相同的数据副本,Client无论连接到哪个Server, 数据都是一致的。
(4)更新请求顺序执行,来自同一个Client的更新请求按其发送顺序依次执行,即先进先出。.
(5)数据更新原子性,一次数据更新要么成功,要么失败。
(6)实时性,在一定时间范围内,Client能读到最新数据。
1.5 zookeeper 的数据结构
ZooKeeper数据模型的结构与Linux文件系统很类似,整体上可以看作是一棵树,每个节点称做–个ZNode。
每一个ZNode默认能够存储1MB的数据,每个ZNode都可以通过其路径唯一标识。
二、Zookeeper的应用场景
提供的服务包括:统一命名服务、 统一配置管理、统一集群管理、服务器节点动态上下线、软负载均衡等。
2.1 统一命名服务
在分布式环境下,经常需要对应用/服务进行统一命名, 便于识别。例如: IP不容 易记住,而域名容易记住。
2.2 统一配置管理
分布式环境下,配置文件同步非常常见。一般要求一个集群中,所有节点的配置信息是一致的,比如Kafka集群。对配置文
件修改后,希望能够快速同步到各个节点上。
配置管理可交由ZooKeeper实现。可将配置信息写入ZooKeeper.上的一-个Znode。各个客户端服务器监听这个Znode。一旦
Znode中的数据被修改,ZooKeeper将 通知各个客户端服务器。
2.3 统一集群管理
分布式环境中,实时掌握每个节点的状态是必要的。可根据节点实时状态做出一-些调整。
ZooKeeper可以实现实时监控节点状态变化。可将节点信息写入ZooKeeper.上的一-个ZNode。监听这个ZNode可获取它的实时状态变化。
2.4 服务器动态上下线
客户端能实时洞察到服务器上下线的变化。
2.5 软负载均衡
在Zookeeper中记录每台服务器的访问数,让访问数最少的服务器去处理最新的客户端请求。
三、Zookeeper的选举机制
3.1 第一次启动选举机制
服务器1启动,发起一次选举。服务器1投自己一票。此时服务器1票数一票, 不够半数以上(3票),选举无法完成,服务器1状态保持为LO0KING;
服务器2启动,再发起一次选举。服务器1和2分别投自己一票并交换选票信息:此时服务器1发现服务器2的myid比自己目前
投票推举的( 服务器1)大,更改选票为推举服务器2。此时服务器1票数0票,服务器2票数2票,没有半数以上结果,选举无法完成,服务器1,2状态保持LOOKING
服务器3启动,发起一次选举。此时服务器1和2都会更改选票为服务器3。此次投票结果:服务器1为0票,服务器2为0票,服
务器3为3票。此时服务器3的票数已经超过半数,服务器3当选Leader。服务器1,2更改状态为FOLLOWING,服务器3更改状态为LEADING;
服务器4启动,发起一次选举。此时服务器1,2,3已经不是L00KING状态,不会更改选票信息。交换选票信息结果:服务器3为3票,服务器4为1票。此时服务器4服从多数,更改选票信息为服务器3,并更改状态为FOLLOWING;
服务器5启动,同4服从多数,更改选票信息为服务器3,并更改状态为FOLLOWING;
3.2 非第一次启动选举机制
1)当ZooKeeper集群中的一台 服务器出现以下两种情况之一时, 就会开始进入Leader选举:
服务器初始化启动。
服务器运行期间无法和Leader保持连接。
2)而当一台机器进入Leader选举流程时,当前集群也可能会处于以下两种状态:
集群中本来就已经存在一个Leader。
对于已经存在Leader的情况,机器试图去选举Leader时,会被告知当前服务器的Leader信息,对于该机器来说,仅仅需要和Leader机器建立连接,并进行状态同步即可。
集群中确实不存在Leader
假设ZooKeeper由5台服务器组成,SID分别为1、2、3、4、5,ZXID分别为8、8、8、7、7,并且此时SID为3的服务器是Leader。某一时刻,3和5服务器出现故障,因此开始进行Leader选举。
选举Leader规则:
EPOCH大的直接胜出。
EPOCH相同,事务id大的胜出。
事务id相同,服务器id大的胜出。
SID: 服务器ID。用来唯一 标识一台ZooKeeper集群中的机器,每台机器不能重复,和myid一致。
ZXID:事务ID。ZXID是-一个事务ID,用来标识一次服务器状态的变更。在某-一时刻,集群中的每台机器的ZXID值不一定完全一致,这和ZooKeeper服务器对于客户端“更新请求”的处理逻辑速度有关。
Epoch:每个Leader任期的代号。没有Leader时同一轮投票过程中的逻辑时钟值是相同的。每投完一次票这个数据就会增加
四、部署Zookeeper集群
4.1 部署Zookeeper集群的具体实验步骤(实操)
1.安装前准备
查看版本
2.安装Zookeeper\
3.修改配置文件
① 复制配置文件
② 修改配置,添加集群信息
4.在每个节点上创建数据目录和日志目录
5.在每个节点的dataDir指定的目录下创建一个myid的文件
6.配置Zookeeper启动脚本
7.设置开机自启
8.分别启动 Zookeeper并查看状态
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