Zookeeper 概述

Zookeeper 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，存储着一些分布式集群的元数据。

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，它负责存储和管理群集的状态信息及元数据，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某些主机发生宕机或其他状况，从而提醒观察者做出相应的反应。

也就是说Zookeeper = 文件系统 + 通知机制

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。

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，Zookeeper数据模型以Znode路径结构进行保存。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。

Zookeeper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。

●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。

●统一配置管理

（1）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，所有节点的西置信息是一致的，比如Kafka集群。对西置文件修改后，希望能够快速同步到各个节点上。

（2）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。

●统一集群管理

（1）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。

（2）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。

●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。

●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。

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（预先设置的值）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

（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T0OKTNG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

1）服务器初始化启动。

2）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

1）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。

2）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。

选举新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，服务器主d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，相当于相同时间内服务器处理事务的数量对比，与服务器的性能有关。

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，简单来参加选举的Follower服务器经历过多少次的选举，经历选举次数多的，资历老的服务器直接当选新的Leader

部署 Zookeeper集群

准备 3 台服务器做 Zookeeper 集群

192.168.150.5  

192.168.150.10 

192.168.150.15

1. 安装前准备

#关闭防火墙

systemctl stop firewalld

systemctl disable firewalld

setenforce 0

java -version

#如果没有JDK手动安装

yum install -y java-1.8.0-open jdk java-1.8.0-openjdk-devel

#下载安装包

官方下载地址：https://archive.apache.org/dist/zookeeper/ 

cd /opt

wget https://larchive.apache.org/distlzookeeper/zookeeper-3.5.7/apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz

2. 在每个节点安装 Zookeeper

cd /opt

tar -zxvf apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz

mv apache-zookeeper-3.5.7-bin /usr/local/zookeeper-3.5.7

#修改配置文件

cd /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg                         #根据模板复制一个配置文件
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-3.5.7/data           #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-3.5.7/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
#在末行添加集群信息
server.1=192.168.150.5:3188:3288
server.2=192.168.150.10:3188:3288
server.3=192.168.150.15:3188:3288

--- 解析 ---

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，这个文件甲面有一一个数据就是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，第一次选举的端口。

●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，非第一次选举的端口。

 

3. 在每个节点上创建数据目录和日志目录

mkdir /usr/local/zookeeper-3.5.7/data

mkdir /usr/local/zookeeper-3.5.7/logs

4. 可以直接将配置好Zookeeper数据文件直接发送到其他机器上

scp -r /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/zoo.cfg 192.168.150.10:/usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/zoo.cfg

scp -r /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/zoo.cfg 192.168.150.15:/usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/zoo.cfg

5. 各节点分别创建myid的文件

#192.168.150.5主机

echo 1 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid

#192.168.150.10主机

echo 2 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid

#192.168.150.15主机

echo 3 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid

 

6. 启动zookeeper或者编写一个启动脚本加入系统管理

#使用自带命令管理zookeeper

/usr/local/zookeeper-3.5.7/bin/zkServer.sh start                              #启动zookeeper服务

/usr/local/zookeeper-3.5.7/bin/zkServer.sh status                            #查看服务器状态，如果三台，启动第二台则会显示

#/usr/local/zookeeper-3.5.7/bin/zkServer.sh start-foreground        #如果报错该命令可以查看报错日志

#编写一个shell脚本加入系统管理

vim /etc/init.d/zookeeper

#!/bin/bash
#chkconfig:2345 20 90
#description: Zookeeper Service Control Script

ZK_HOME='/usr/local/zookeeper-3.5.7'
case $1 in

start)
echo "-----zookeeper启动-----"
$ZK_HOME/bin/zkServer.sh start
;;

stop)
echo "----zookeeper停止-------"
$ZK_HOME/bin/zkServer.sh stop
;;

restart)
echo "----zookeeper重启-------"
$ZK_HOME/bin/zkServer.sh restart
;;

status)
echo "-----zookeeper状态------"
$ZK_HOME/bin/zkServer.sh status
;;
*)
echo "Usage: $0 {start|stop|restart|status}"
esac

#加入系统使用service命令管理

chmod +x /etc/init.d/zookeeper
chkconfig --add zookeeper
service zookeeper start