【分布式系统管理框架】Zookeeper集群

2024-07-10 10:26:41

1、Zookeeper

（1）Zookeeper定义

Zookeeper是一个开源的，为分布式框架提供协调服务的Apache项目。

（2）Zookeeper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，然后接收观察者的注册，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。也就是说Zookeeper = 文件系统 + 通知机制。

（3）Zookeeper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。

（4）Zookeeper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，每个节点称做一个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。

（5）Zookeeper选举机制

第一次启动选举机制

（1）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LOOKING；
（2）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，选举无法完成，服务器1，2状态保持LOOKING;
（3）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；
（4）服务器4启动，发起一次选举。此时服务器1，2，3已经不是LOOKING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；
（5）服务器5启动，同4一样当小弟。

非第一次启动选举机制

（1）当ZooKeepe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118、119、120、120、119，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：

1.EPOCH大的直接胜出
2.EPOCH相同，事务id大的胜出
3.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.

2、部署Zookeeper集群

20.0.0.10： zookeeper

20.0.0.20：zookeeper

20.0.0.30：zookeeper

（1）系统初始化

安装 JDK
yum install -y java-1.8.0-openjdk java-1.8.0-openjdk-devel
java -version

（2）安装zookeeper

20.0.0.10

[root@zx1 ~]# cd /opt/
[root@zx1 opt]# ls
apache-zookeeper-3.6.4-bin.tar.gz  rh
[root@zx1 opt]# tar xf apache-zookeeper-3.6.4-bin.tar.gz
[root@zx1 opt]# mv apache-zookeeper-3.6.4-bin /usr/local/zookeeper
[root@zx1 opt]# cd /usr/local/zookeeper/
[root@zx1 zookeeper]# ls
bin  conf  docs  lib  LICENSE.txt  NOTICE.txt  README.md  README_packaging.md
[root@zx1 zookeeper]#

（3）修改配置文件

20.0.0.10

[root@zx1 zookeeper]# cd conf/
[root@zx1 conf]# ls
configuration.xsl  log4j.properties  zoo_sample.cfg
[root@zx1 conf]# cp zoo_sample.cfg zoo.cfg
[root@zx1 conf]# vim zoo.cfg

tickTime=2000   #通信心跳时间，Zookeeper服务器与客户端心跳时间，单位毫秒
initLimit=10    #Leader和Follower初始连接时能容忍的最多心跳数（tickTime的数量），这里表示为10*2s
syncLimit=5     #Leader和Follower之间同步通信的超时时间，这里表示如果超过5*2s，Leader认为Follwer死掉，并从服务器列表中删除Follwer
dataDir=/usr/local/zookeeper/data      ● 12行修改，指定保存Zookeeper中的数据的目录，目录需要单独创建
dataLogDir=/usr/local/zookeeper/logs   ●添加，指定存放日志的目录，目录需要单独创建
clientPort=2181   #客户端连接端口
#添加集群信息
server.1=20.0.0.10:3188:3288
server.2=20.0.0.20:3188:3288
server.3=20.0.0.30:3188:3288
 
-------------------------------------------------------------------------------------
server.A=B:C:D
●A是一个数字，表示这个是第几号服务器。集群模式下需要在zoo.cfg中dataDir指定的目录下创建一个文件myid，这个文件里面有一个数据就是A的值，Zookeeper启动时读取此文件，拿到里面的数据与zoo.cfg里面的配置信息比较从而判断到底是哪个server。
●B是这个服务器的地址。
●C是这个服务器Follower与集群中的Leader服务器交换信息的端口。
●D是万一集群中的Leader服务器挂了，需要一个端口来重新进行选举，选出一个新的Leader，而这个端口就是用来执行选举时服务器相互通信的端口。




[root@zx1 conf]# cd /usr/local/zookeeper
[root@zx1 zookeeper]# mkdir data logs
[root@zx1 zookeeper]# ls
bin  conf  data  docs  lib  LICENSE.txt  logs  NOTICE.txt  README.md  README_packaging.md
[root@zx1 zookeeper]# echo 1 > data/myid
[root@zx1 local]# scp -r zookeeper/ 20.0.0.20:/usr/local/
[root@zx1 local]# scp -r zookeeper/ 20.0.0.30:/usr/local/

20.0.0.20

[root@zx2 ~]# cd /usr/local/zookeeper
[root@zx2 zookeeper]# ls
bin  conf  data  docs  lib  LICENSE.txt  logs  NOTICE.txt  README.md  README_packaging.md
[root@zx2 zookeeper]# echo 2 > data/myid
[root@zx2 zookeeper]# cat data/myid
2
[root@zx2 zookeeper]#

20.0.0.30

[root@zx3 ~]# cd /usr/local/zookeeper/
[root@zx3 zookeeper]# ls
bin  conf  data  docs  lib  LICENSE.txt  logs  NOTICE.txt  README.md  README_packaging.md
[root@zx3 zookeeper]# echo 3 > data/myid
[root@zx3 zookeeper]# cat data/myid
3
[root@zx3 zookeeper]#

（4）启动zookeeper

三台服务器同样操作

cd /usr/local/zookeeper/bin
./zkServer.sh start
netstat -lntp | grep 2181

本实验中zookeeper启动顺序：20.0.0.10>20.0.0.20>20.0.0.30

查看各服务器zookeeper状态

./zkServer.sh status

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