使用C# 和Consul进行分布式系统协调

随着大数据时代的到来,分布式是解决大数据问题的一个主要手段,随着越来越多的分布式的服务,如何在分布式的系统中对这些服务做协调变成了一个很棘手的问题。今天我们就来看看如何使用C# ,利用开源对分布式服务做协调。

在对分布式的应用做协调的时候,主要会碰到以下的应用场景:

  • 业务发现(service discovery)

找到分布式系统中存在那些可用的服务和节点

  • 名字服务 (name service)

通过给定的名字知道到对应的资源

  • 配置管理 (configuration management)

如何在分布式的节点中共享配置文件,保证一致性。

  • 故障发现和故障转移 (failure detection and failover)

当某一个节点出故障的时候,如何检测到并通知其它节点, 或者把想用的服务转移到其它的可用节点

  • 领导选举(leader election)

如何在众多的节点中选举一个领导者,来协调所有的节点

  • 分布式的锁 (distributed exclusive lock)

如何通过锁在分布式的服务中进行同步

  • 消息和通知服务 (message queue and notification)

如何在分布式的服务中传递消息,以通知的形式对事件作出主动的响应

Consul

Consul是用Go开发的分布式服务协调管理的工具,它提供了服务发现,健康检查,Key/Value存储等功能,并且支持跨数据中心的功能。consul提供的一些关键特性:

  • service discovery:consul通过DNS或者HTTP接口使服务注册和服务发现变的很容易,一些外部服务,例如saas提供的也可以一样注册。
  • health checking:健康检测使consul可以快速的告警在集群中的操作。和服务发现的集成,可以防止服务转发到故障的服务上面。
  • key/value storage:一个用来存储动态配置的系统。提供简单的HTTP接口,可以在任何地方操作。
  • multi-datacenter:无需复杂的配置,即可支持任意数量的区域。

Consul基于HTTP的API可以方便的和各种语言进行绑定,C# 语言绑定https://github.com/PlayFab/consuldotnet

Consul在Cluster上的每一个节点都运行一个Agent,这个Agent可以使用Server或者Client模式。Client负责到Server的高效通信,相对为无状态的。 Server负责包括选举领导节点,维护cluster的状态,对所有的查询做出响应,跨数据中心的通信等等。

consul官网已经有编译好的二进制包,支持各种平台:win、linux等等,下载符合你平台的软件包:在这里,下载包:0.5.2_windows_386.zip。解压完毕后只有一个consul文件。

D:\GitHub\consuldotnet\Consul.Test>consul
usage: consul [--version] [--help] <command> [<args>]
Available commands are:
agent Runs a Consul agent
configtest Validate config file
event Fire a new event
exec Executes a command on Consul nodes
force-leave Forces a member of the cluster to enter the "left" state
info Provides debugging information for operators
join Tell Consul agent to join cluster
keygen Generates a new encryption key
keyring Manages gossip layer encryption keys
leave Gracefully leaves the Consul cluster and shuts down
lock Execute a command holding a lock
maint Controls node or service maintenance mode
members Lists the members of a Consul cluster
monitor Stream logs from a Consul agent
reload Triggers the agent to reload configuration files
version Prints the Consul version
watch Watch for changes in Consul

consul安装完毕后,agent就可以启动了,agent可以运行在server或者client模式,每个数据中心至少有一个agent运行在server模式,一般建议是3或者5个server。部署单个server是非常不好的,因为在失败场景中出现数据丢失是不可避免的。本文涵盖的是创建一个新的数据中心,所有其他的agents都运行在client模式,这是一个非常轻量级的服务注册进程,它会运行健康监测,并将查询结果转发到服务。agent必须运行在集群中的每一个节点上。

consul.exe agent -config-file test_config.json

我们先运行一个agent在server模式:

D:\GitHub\consuldotnet\Consul.Test> consul.exe agent -config-file test_config.json
==> WARNING: Bootstrap mode enabled! Do not enable unless necessary
==> WARNING: Windows is not recommended as a Consul server. Do not use in production.
==> WARNING: It is highly recommended to set GOMAXPROCS higher than 1
==> Starting Consul agent...
==> Starting Consul agent RPC...
==> Consul agent running!
Node name: 'GEFFZHANG-NB'
Datacenter: 'dc1'
Server: true (bootstrap: true)
Client Addr: 127.0.0.1 (HTTP: 8500, HTTPS: -1, DNS: 8600, RPC: 8400)
Cluster Addr: 192.168.1.4 (LAN: 8301, WAN: 8302)
Gossip encrypt: false, RPC-TLS: false, TLS-Incoming: false
Atlas: <disabled>
==> Log data will now stream in as it occurs:
2015/08/09 09:14:48 [INFO] serf: EventMemberJoin: GEFFZHANG-NB 192.168.1.4
2015/08/09 09:14:48 [INFO] serf: EventMemberJoin: GEFFZHANG-NB.dc1 192.168.1.4
2015/08/09 09:14:48 [INFO] raft: Node at 192.168.1.4:8300 [Follower] entering Follower state
2015/08/09 09:14:48 [INFO] consul: adding server GEFFZHANG-NB (Addr: 192.168.1.4:8300) (DC: dc1)
2015/08/09 09:14:48 [INFO] consul: adding server GEFFZHANG-NB.dc1 (Addr: 192.168.1.4:8300) (DC: dc1)
2015/08/09 09:14:48 [ERR] agent: failed to sync remote state: No cluster leader
2015/08/09 09:14:50 [WARN] raft: Heartbeat timeout reached, starting election
2015/08/09 09:14:50 [INFO] raft: Node at 192.168.1.4:8300 [Candidate] entering Candidate state
2015/08/09 09:14:50 [DEBUG] raft: Votes needed: 1
2015/08/09 09:14:50 [DEBUG] raft: Vote granted. Tally: 1
2015/08/09 09:14:50 [INFO] raft: Election won. Tally: 1
2015/08/09 09:14:50 [INFO] raft: Node at 192.168.1.4:8300 [Leader] entering Leader state
2015/08/09 09:14:50 [INFO] consul: cluster leadership acquired
2015/08/09 09:14:50 [INFO] consul: New leader elected: GEFFZHANG-NB
2015/08/09 09:14:50 [INFO] raft: Disabling EnableSingleNode (bootstrap)
2015/08/09 09:14:50 [DEBUG] raft: Node 192.168.1.4:8300 updated peer set (2): [192.168.1.4:8300]
2015/08/09 09:14:50 [DEBUG] consul: reset tombstone GC to index 2
2015/08/09 09:14:50 [INFO] consul: member 'GEFFZHANG-NB' joined, marking health alive
2015/08/09 09:14:51 [INFO] agent: Synced service 'consul'
2015/08/09 09:16:03 [DEBUG] agent: Service 'consul' in sync
2015/08/09 09:17:30 [DEBUG] agent: Service 'consul' in sync
2015/08/09 09:18:38 [DEBUG] agent: Service 'consul' in sync
2015/08/09 09:19:47 [DEBUG] http: Request /v1/status/peers (0)
2015/08/09 09:19:52 [DEBUG] agent: Service 'consul' in sync

正如你看到的一样,consul agent已经启动了,并且打印了一些日志到终端上,从日志中可以看到我们的agent已经运行在server模式了,并且已经是整个集群的领导节点。而且,本地成员已经被标记为集群中的健康成员了。这时候你在另一个终端中运行consul members就可以看到整个集群中的成员了。这时候你只能看到你自己,因为我们的集群中还没加入其他成员。

输出已经显示了你自己的节点信息,有地址信息、健康状况、在集群中的角色、以及一些版本信息,如果要查看一些metadata,则可以加入-detailed标记

consul members命令输出的信息是基于gossip协议产生的,并且最终一致的。

KV基本操作

Consul提供了一个简单的K/V存储系统,这可以用来动态获取配置、进行服务协调、主节点选举,其他开发人员能想到的build过程等等。

var client = new Client();
var kv = client.KV;
var key = GenerateTestKeyName();
var value = Encoding.UTF8.GetBytes("test");
var getRequest = kv.Get(key);
Assert.IsNull(getRequest.Response);
var pair = new KVPair(key)
{
Flags = 42,
Value = value
};
var putRequest = kv.Put(pair);
Assert.IsTrue(putRequest.Response);
getRequest = kv.Get(key);
var res = getRequest.Response;
Assert.IsNotNull(res);
Assert.IsTrue(StructuralComparisons.StructuralEqualityComparer.Equals(value, res.Value));
Assert.AreEqual(pair.Flags, res.Flags);
Assert.IsTrue(getRequest.LastIndex > 0);
var del = kv.Delete(key);
Assert.IsTrue(del.Response);
getRequest = kv.Get(key);
Assert.IsNull(getRequest.Response);

服务发现(Service Discovery)和健康检查(Health Check)

Consul的另一个主要的功能是用于对分布式的服务做管理,用户可以注册一个服务,同时还提供对服务做健康检测的功能。

服务定义:一个服务可以通过提供服务定义配置文件或者通过调用HTTP API来动态的增加、删除、修改服务。

服务查询:一旦agent启动后,并且服务已经同步,我们就可以使用DNS或者HTTP API来进行查询了。

服务升级:服务定义的升级可以通过先修改服务定义配置文件,然后给agent发送一个SIGHUP信号即可,这样允许你在升级服务时,而不会产生agent宕机时间或者服务不可达。或者通过HTTP API接口来动态的增加、删除、修改服务。

Consul支持三种Check的模式:

  • 调用一个外部脚本(Script),在该模式下,consul定时会调用一个外部脚本,通过脚本的返回内容获得对应服务的健康状态。
  • 调用HTTP,在该模式下,consul定时会调用一个HTTP请求,返回2XX,则为健康;429 (Too many request)是警告。其它均为不健康
  • 主动上报,在该模式下,服务需要主动调用一个consul提供的HTTP PUT请求,上报健康状态。

C# API提供对应的接口

  • Client.Agent.Service
  • Client.Agent.Check

Consul的Health Check,通过调用脚本,HTTP或者主动上报的方式检查服务的状态,更为灵活,可以获得等多的信息,但是也需要做更多的工作。

故障检测(Failure Detection)

Consul提供Session的概念,利用Session可以检查服务是否存活。对每一个服务我们都可以创建一个session对象,注意这里我们设置了ttl,consul会以ttl的数值为间隔时间,持续的对session的存活做检查。对应的在服务中,我们需要持续的renew session,保证session是合法的。

var client = new Client();
var sessionRequest = client.Session.Create(new SessionEntry() { TTL = TimeSpan.FromSeconds(10) });
var id = sessionRequest.Response;
Assert.IsTrue(sessionRequest.RequestTime.TotalMilliseconds > 0);
Assert.IsFalse(string.IsNullOrEmpty(sessionRequest.Response));
var tokenSource = new CancellationTokenSource();
var ct = tokenSource.Token;
client.Session.RenewPeriodic(TimeSpan.FromSeconds(1), id, WriteOptions.Empty, ct);
tokenSource.CancelAfter(3000);
Task.Delay(3000, ct).Wait(ct);
var infoRequest = client.Session.Info(id);
Assert.IsTrue(infoRequest.LastIndex > 0);
Assert.IsNotNull(infoRequest.KnownLeader);
Assert.AreEqual(id, infoRequest.Response.ID);
Assert.IsTrue(client.Session.Destroy(id).Response);

这里注意,因为是基于ttl(最小10秒)的检测,从业务中断到被检测到,至少有10秒的时延,对应需要实时响应的情景,并不适用。

领导选举和分布式的锁

这篇文档介绍了如何利用Consul的KV存储来实现Leader Election,利用Consul的KV功能,可以很方便的实现领导选举和锁的功能。

WEB UI

consul同样也支持web界面,这个UI可以用来查看所有的服务和节点,所有的健康检测和它们当前的状态,读取设置K/V系统的值。UI默认自动支持多datacenter。这些UI是静态html你不需要单独运行一个web服务器,consul agent本身可以配置一个web服务。

下载UI组件:WEB UI

        下载完成后是一个0.5.2_web_ui.zip压缩文件,解压后是一个dist目录。然后添加-ui-dir参数和-client参数重新启动agent。

D:\GitHub\consuldotnet\Consul.Test> consul.exe agent -config-file test_config.json -ui-dir=
D:\GitHub\consuldotnet\Consul.Test\0.5.2_web_ui\dist

在浏览器中输入http://127.0.0.1:8500,即可访问UI了

有services、nodes、K/V、acl、datacenter的管理,很完善的一个系统了。

总结

Consul作为使用Go语言开发的分布式协调,对业务发现的管理提供很好的支持,他的HTTP API也能很好的和不同的语言绑定,并支持跨数据中心的应用。缺点是相对较新,适合喜欢尝试新事物的用户。

https://github.com/anurse/Consulate

https://github.com/geffzhang/Consul-IO-WindowsDemo

https://github.com/catwithboots/Hortlak

https://github.com/catwithboots/Orek

https://github.com/geffzhang/Pk.OrleansUtils

http://blog.csdn.net/u010246789/article/category/6286612 

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