一步到位分布式开发Zookeeper实现集群管理

  说到分布式开发Zookeeper是必须了解和掌握的,分布式消息服务kafka 、hbase 到hadoop等分布式大数据处理都会用到Zookeeper,所以在此将Zookeeper作为基础来讲解。

   Zookeeper 是分布式服务框架,主要是用来解决分布式应用中经常遇到的一些数据管理问题,如:统一命名服务、状态同步服务、集群管理、分布式应用配置项的管理等等。

  Zookeeper 的核心是广播,这个机制保证了各个Server之间的同步。实现这个机制的协议叫做Zab协议。   Zab协议有两种模式,它们分别是恢复模式(选主)和广播 模式(同步)。当服务启动或者在领导者崩溃后,Zab就进入了恢复模式,当领导者被选举出来,且大多数Server完成了和leader的状态同步以后, 恢复模式就结束了。   状态同步保证了leader和Server具有相同的系统状态。为了保证事务的顺序一致性,zookeeper采用了递增的事务id号 (zxid)来标识事务。   所有的提议(proposal)都在被提出的时候加上了zxid。实现中zxid是一个64位的数字,它高32位是epoch用 来标识leader关系是否改变,每次一个leader被选出来,它都会有一个新的epoch,标识当前属于那个leader的统治时期。低32位用于递 增计数。   每个Server在工作过程中有三种状态:   LOOKING:当前Server不知道leader是谁,正在搜寻。   LEADING:当前Server即为选举出来的leader。   FOLLOWING:leader已经选举出来,当前Server与之同步。

  ZooKeeper的安装模式分为三种,分别为:单机模式、集群模式和集群伪分布模式

环境

  CentOS7.0  (windows中使用就使用zkServer.cmd)

  ZooKeeper最新版本

  用root用户安装(如果用于hbase时将所有文件权限改为hadoop用户)

     Java环境,最好是最新版本的。

分布式时多机间要确保能正常通讯,关闭防火墙或让涉及到的端口通过。

下载

  去官网下载 :http://zookeeper.apache.org/releases.html#download

  下载后放进CentOS中的/usr/local/ 文件夹中,并解压到当前文件中 /usr/local/zookeeper(怎么解压可参考之前的Haproxy的安装文章)

安装

单机模式

  进入zookeeper目录下的conf子目录, 重命名 zoo_sample.cfg文件,Zookeeper 在启动时会找这个文件作为默认配置文件:

mv /usr/local/zookeeper/conf/zoo_sample.cfg  zoo.cfg

  配置zoo.cfg参数

# The number of milliseconds of each tick
tickTime=2000
# The number of ticks that the initial 
# synchronization phase can take
initLimit=10
# The number of ticks that can pass between 
# sending a request and getting an acknowledgement
syncLimit=5
# the directory where the snapshot is stored.
# do not use /tmp for storage, /tmp here is just 
# example sakes.
dataDir=/usr/local/zookeeper/data
dataLogDir=/usr/local/zookeeper/log
# the port at which the clients will connect
clientPort=2181
#
# Be sure to read the maintenance section of the 
# administrator guide before turning on autopurge.
#
#http://zookeeper.apache.org/doc/current/zookeeperAdmin.html#sc_maintenance
#
# The number of snapshots to retain in dataDir
#autopurge.snapRetainCount=3
# Purge task interval in hours
# Set to "0" to disable auto purge feature
#autopurge.purgeInterval=1

参数说明:

tickTime:毫秒值.这个时间是作为 Zookeeper 服务器之间或客户端与服务器之间维持心跳的时间间隔,也就是每个 tickTime 时间就会发送一个心跳。 dataDir:顾名思义就是 Zookeeper 保存数据的目录,默认情况下,Zookeeper 将写数据的日志文件也保存在这个目录里。 dataLogDir:顾名思义就是 Zookeeper 保存日志文件的目录 clientPort:这个端口就是客户端连接 Zookeeper 服务器的端口,Zookeeper 会监听这个端口,接受客户端的访问请求。

  再创建上面配置的data和log文件夹:

mkdir  /usr/local/zookeeper/data
mkdir  /usr/local/zookeeper/log

启动zookeeper

  先进入/usr/local/zookeeper文件夹

cd /usr/local/zookeeper

  再运行 

bin/zkServer.sh start

  检测是否成功启动:执行

bin/zkCli.sh 
或 
echo stat|nc localhost 2181

 伪集群模式

  所谓伪集群, 是指在单台机器中启动多个zookeeper进程, 并组成一个集群. 以启动3个zookeeper进程为例,模拟3台机。   将zookeeper的目录多拷贝2份:   zookeeper/conf/zoo.cfg文件与单机一样,只改为下面的内容:

tickTime=2000 
initLimit=5 
syncLimit=2 
dataDir=/usr/local/zookeeper/data
dataLogDir=/usr/local/zookeeper/log
clientPort=2180
server.0=127.0.0.1:2888:3888
server.1=127.0.0.1:2889:3889 
server.2=127.0.0.1:2890:3890

  新增了几个参数, 其含义如下:

1 initLimit: zookeeper集群中的包含多台server, 其中一台为leader, 集群中其余的server为follower. initLimit参数配置初始化连接时, follower和leader之间的最长心跳时间. 此时该参数设置为5, 说明时间限制为5倍tickTime, 即5*2000=10000ms=10s. 2 syncLimit: 该参数配置leader和follower之间发送消息, 请求和应答的最大时间长度. 此时该参数设置为2, 说明时间限制为2倍tickTime, 即4000ms. 3 server.X=A:B:C 其中X是一个数字, 表示这是第几号server. A是该server所在的IP地址. B配置该server和集群中的leader交换消息所使用的端口. C配置选举leader时所使用的端口. 由于配置的是伪集群模式, 所以各个server的B, C参数必须不同. 参照zookeeper/conf/zoo.cfg, 配置zookeeper1/conf/zoo.cfg, 和zookeeper2/conf/zoo.cfg文件. 只需更改dataDir, dataLogDir, clientPort参数即可. 在之前设置的dataDir中新建myid文件, 写入一个数字, 该数字表示这是第几号server. 该数字必须和zoo.cfg文件中的server.X中的X一一对应. /usr/local/zookeeper/data/myid文件中写入0, /usr/local/zookeeper1/data/myid文件中写入1, /Users/apple/zookeeper2/data/myid文件中写入2.

  分别进入/usr/local/zookeeper/bin, /usr/local/zookeeper1/bin, /usr/local/zookeeper2/bin三个目录, 启动server。启动方法与单机一致。

bin/zkServer.sh start

  分别检测是否成功启动:执行

bin/zkCli.sh 
或 
echo stat|nc localhost 2181

集群模式

  集群模式的配置和伪集群基本一致.   由于集群模式下, 各server部署在不同的机器上, 因此各server的conf/zoo.cfg文件可以完全一样.   下面是一个示例:

tickTime=2000 
initLimit=5 
syncLimit=2 
dataDir=/usr/local/zookeeper/data
dataLogDir=/usr/local/zookeeper/log
clientPort=2180
server.0=192.168.80.30:2888:3888
server.1=192.168.80.31:2888:3888
server.2=192.168.80.32:2888:3888

  示例中部署了3台zookeeper server, 分别部署在192.168.80.30, 192.168.80.31, 192.168.80.32上. 

  需要注意的是, 各server的dataDir目录下的myid文件中的数字必须不同,192.168.80.30 server的myid为0, 192.168.80.31 server的myid为1, 192.168.80.32 server的myid为2

  分别进入/usr/local/zookeeper/bin目录, 启动server。启动方法与单机一致。

bin/zkServer.sh start

  分别检测是否成功启动:执行

bin/zkCli.sh 
或 
echo stat|nc localhost 2181

   这时会报大量错误?其实没什么关系,因为现在集群只起了1台server,zookeeper服务器端起来会根据zoo.cfg的服务器列表发起选举leader的请求,因为连不上其他机器而报错,那么当我们起第二个zookeeper实例后,leader将会被选出,从而一致性服务开始可以使用,这是因为3台机器只要有2台可用就可以选出leader并且对外提供服务(2n+1台机器,可以容n台机器挂掉)。

ZooKeeper服务命令

1. 启动ZK服务: zkServer.sh start
2. 查看ZK服务状态: zkServer.sh status
3. 停止ZK服务: zkServer.sh stop
4. 重启ZK服务: zkServer.sh restart

zk客户端命令:

  ZooKeeper 命令行工具类似于Linux的shell环境,使用它可以对ZooKeeper进行访问,数据创建,数据修改等操作.

  使用 zkCli.sh -server 192.168.80.31:2181 连接到 ZooKeeper 服务,连接成功后,系统会输出 ZooKeeper 的相关环境以及配置信息。命令行工具的一些简单操作如下:

1. 显示根目录下、文件: ls / 使用 ls 命令来查看当前 ZooKeeper 中所包含的内容
2. 显示根目录下、文件: ls2 / 查看当前节点数据并能看到更新次数等数据
3. 创建文件,并设置初始内容: create /zk "test" 创建一个新的 znode节点“ zk ”以及与它关联的字符串
4. 获取文件内容: get /zk 确认 znode 是否包含我们所创建的字符串
5. 修改文件内容: set /zk "zkbak" 对 zk 所关联的字符串进行设置
6. 删除文件: delete /zk 将刚才创建的 znode 删除
7. 退出客户端: quit
8. 帮助命令: help

 扩展

  通过上述命令实践,我们可以发现,zookeeper使用了一个类似文件系统的树结构,数据可以挂在某个节点上,可以对这个节点进行删改。另外我们还发现,当改动一个节点的时候,集群中活着的机器都会更新到一致的数据。 

zookeeper的数据模型

  在简单使用了zookeeper之后,我们发现其数据模型有些像操作系统的文件结构,结构如下图所示

(1)     每个节点在zookeeper中叫做znode,并且其有一个唯一的路径标识,如/SERVER2节点的标识就为/APP3/SERVER2 (2)     Znode可以有子znode,并且znode里可以存数据,但是EPHEMERAL类型的节点不能有子节点 (3)     Znode中的数据可以有多个版本,比如某一个路径下存有多个数据版本,那么查询这个路径下的数据就需要带上版本。 (4)     znode 可以是临时节点,一旦创建这个 znode 的客户端与服务器失去联系,这个 znode 也将自动删除,Zookeeper 的客户端和服务器通信采用长连接方式,每个客户端和  服务器通过心跳来保持连接,这个连接状态称为 session,如果 znode 是临时节点,这个 session 失效,znode 也就删除了 (5)     znode 的目录名可以自动编号,如 App1 已经存在,再创建的话,将会自动命名为 App2  (6)     znode 可以被监控,包括这个目录节点中存储的数据的修改,子节点目录的变化等,一旦变化可以通知设置监控的客户端,这个功能是zookeeper对于应用最重要的特性,通过这个特性可以实现的功能包括配置的集中管理,集群管理,分布式锁等等。  

 选举流程

  当 leader崩溃或者leader失去大多数的follower,这时候zk进入恢复模式,恢复模式需要重新选举出一个新的leader,让所有的 Server都恢复到一个正确的状态。Zk的选举算法有两种:一种是基于basic paxos实现的,另外一种是基于fast paxos算法实现的。系统默认的选举算法为fast paxos。 basic paxos流程: 1 .选举线程由当前Server发起选举的线程担任,其主要功能是对投票结果进行统计,并选出推荐的Server; 2 .选举线程首先向所有Server发起一次询问(包括自己); 3 .选举线程收到回复后,验证是否是自己发起的询问(验证zxid是否一致),然后获取对方的id(myid),并存储到当前询问对象列表中,最后获取对方提议的leader相关信息(id,zxid),并将这些信息存储到当次选举的投票记录表中; 4. 收到所有Server回复以后,就计算出zxid最大的那个Server,并将这个Server相关信息设置成下一次要投票的Server; 5. 线程将当前zxid最大的Server设置为当前Server要推荐的Leader,如果此时获胜的Server获得n/2 + 1的Server票数, 设置当前推荐的leader为获胜的Server,将根据获胜的Server相关信息设置自己的状态,否则,继续这个过程,直到leader被选举出来。 通 过流程分析我们可以得出:要使Leader获得多数Server的支持,则Server总数必须是奇数2n+1,且存活的Server的数目不得少于 n+1.每个Server启动后都会重复以上流程。在恢复模式下,如果是刚从崩溃状态恢复的或者刚启动的server还会从磁盘快照中恢复数据和会话信 息,zk会记录事务日志并定期进行快照,方便在恢复时进行状态恢复。 

应用场景

   是指通过指定的名字来获取资源或者服务的地址,提供者的信息。利用Zookeeper很容易创建一个全局的路径,而这个路径就可以作为一个名字,它可以指向集群中的集群,提供的服务的地址,远程对象等。简单来说使用Zookeeper做命名服务就是用路径作为名字,路径上的数据就是其名字指向的实体。

  阿里巴巴集团开源的分布式服务框架Dubbo中使用ZooKeeper来作为其命名服务,维护全局的服务地址列表。在Dubbo实现中:

服务提供者在启动的时候,向ZK上的指定节点/dubbo/${serviceName}/providers目录下写入自己的URL地址,这个操作就完成了服务的发布。

服务消费者启动的时候,订阅/dubbo/{serviceName}/providers目录下的提供者URL地址, 并向/dubbo/{serviceName} /consumers目录下写入自己的URL地址。

  注意,所有向ZK上注册的地址都是临时节点,这样就能够保证服务提供者和消费者能够自动感应资源的变化。

  另外,Dubbo还有针对服务粒度的监控,方法是订阅/dubbo/{serviceName}目录下所有提供者和消费者的信息。

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

来自专栏Java成神之路

分布式_事务_01_2PC框架raincat快速体验

配置txManaager, 修改application.properties中你自己的redis配置 启动TxManagerApplication

22610
来自专栏编程微刊

微信开发笔记

29440
来自专栏wblearn

我的Github之Pull request的使用

GitHub已经成为的一切开放源码软件的基石。开发人员喜欢它,基于它进行协作,并不断通过它开发令人惊叹的项目。除了​​代码托管,GitHub的主要吸引力是使用它...

12720
来自专栏散尽浮华

nginx应用总结(1)--基础认识和应用配置

在linux系统下使用nginx作为web应用服务,用来提升网站访问速度的经验已五年多了,今天在此对nginx的使用做一简单总结。 一、nginx服务简介 Ng...

48460
来自专栏java相关

Redis学习笔记01---配置文件

13340
来自专栏安富莱嵌入式技术分享

【RL-TCPnet网络教程】第35章 FTP文件传输协议基础知识

本章节为大家讲解FTP(File Transfer Protocol,文件传输协议)的基础知识,方便后面章节的实战操作。

13410
来自专栏Java帮帮-微信公众号-技术文章全总结

Java模板生成word文档/POI生成Excel【面试+工作】

首先要指出的是,实现的思路和freeMarker差不离,将.doc的文档做相应的转换后转为.ftl文档,其中的变量会以${xxx}来代替,这样就可以

72220
来自专栏白驹过隙

架构设计 - Server设计草稿

389100
来自专栏FreeBuf

Sqlmap联合Nginx实现“地毯式”检测网站SQL注入漏洞

以安全防御方的角度来看,防御的广度比深度更具优先级,这也是信息安全中木桶原理的体现。 Sqlmap是一个开源的SQL注入漏洞检测工具,Nginx是高性能的WEB...

39380
来自专栏IT笔记

Tomcat优化之配置线程池

简介 线程池作为提高程序处理数据能力的一种方案,应用非常广泛。大量的服务器都或多或少的使用到了线程池技术,不管是用Java还是C++实现,线程池都有如下的特点:...

36080

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券