1、Zookeeper的角色
• Zookeeper的核心是原子广播,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。
其他文档:http://www.cnblogs.com/lpshou/archive/2013/06/14/3136738.html
2、Zookeeper 的读写机制
3、Zookeeper 的保证
4、Zookeeper节点数据操作流程
注:1.在Client向Follwer发出一个写的请求
2.Follwer把请求发送给Leader
3.Leader接收到以后开始发起投票并通知Follwer进行投票
4.Follwer把投票结果发送给Leader
5.Leader将结果汇总后如果需要写入,则开始写入同时把写入操作通知给Leader,然后commit;
6.Follwer把请求结果返回给Client
• Follower主要有四个功能:
• 1. 向Leader发送请求(PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息);
• 2 .接收Leader消息并进行处理;
• 3 .接收Client的请求,如果为写请求,发送给Leader进行投票;
• 4 .返回Client结果。
• Follower的消息循环处理如下几种来自Leader的消息:
• 1 .PING消息: 心跳消息;
• 2 .PROPOSAL消息:Leader发起的提案,要求Follower投票;
• 3 .COMMIT消息:服务器端最新一次提案的信息;
• 4 .UPTODATE消息:表明同步完成;
• 5 .REVALIDATE消息:根据Leader的REVALIDATE结果,关闭待revalidate的session还是允许其接受消息;
• 6 .SYNC消息:返回SYNC结果到客户端,这个消息最初由客户端发起,用来强制得到最新的更新。
5、Zookeeper leader 选举
• 半数通过
– 3台机器 挂一台 2>3/2
– 4台机器 挂2台 2!>4/2
• A提案说,我要选自己,B你同意吗?C你同意吗?B说,我同意选A;C说,我同意选A。(注意,这里超过半数了,其实在现实世界选举已经成功了。但是计算机世界是很严格,另外要理解算法,要继续模拟下去。)
• 接着B提案说,我要选自己,A你同意吗;A说,我已经超半数同意当选,你的提案无效;C说,A已经超半数同意当选,B提案无效。
• 接着C提案说,我要选自己,A你同意吗;A说,我已经超半数同意当选,你的提案无效;B说,A已经超半数同意当选,C的提案无效。
• 选举已经产生了Leader,后面的都是follower,只能服从Leader的命令。而且这里还有个小细节,就是其实谁先启动谁当头。
6、zxid
• znode节点的状态信息中包含czxid, 那么什么是zxid呢?
• ZooKeeper状态的每一次改变, 都对应着一个递增的Transaction id, 该id称为zxid. 由于zxid的递增性质, 如果zxid1小于zxid2, 那么zxid1肯定先于zxid2发生.
创建任意节点, 或者更新任意节点的数据, 或者删除任意节点, 都会导致Zookeeper状态发生改变, 从而导致zxid的值增加.
7、Zookeeper工作原理
8、数据一致性与paxos 算法
• 据说Paxos算法的难理解与算法的知名度一样令人敬仰,所以我们先看如何保持数据的一致性,这里有个原则就是:
• 在一个分布式数据库系统中,如果各节点的初始状态一致,每个节点都执行相同的操作序列,那么他们最后能得到一个一致的状态。
• Paxos算法解决的什么问题呢,解决的就是保证每个节点执行相同的操作序列。好吧,这还不简单,master维护一个全局写队列,所有写操作都必须 放入这个队列编号,那么无论我们写多少个节点,只要写操作是按编号来的,就能保证一致性。没错,就是这样,可是如果master挂了呢。
• Paxos算法通过投票来对写操作进行全局编号,同一时刻,只有一个写操作被批准,同时并发的写操作要去争取选票,只有获得过半数选票的写操作才会被 批准(所以永远只会有一个写操作得到批准),其他的写操作竞争失败只好再发起一轮投票,就这样,在日复一日年复一年的投票中,所有写操作都被严格编号排 序。编号严格递增,当一个节点接受了一个编号为100的写操作,之后又接受到编号为99的写操作(因为网络延迟等很多不可预见原因),它马上能意识到自己 数据不一致了,自动停止对外服务并重启同步过程。任何一个节点挂掉都不会影响整个集群的数据一致性(总2n+1台,除非挂掉大于n台)。
总结
Zookeeper 作为 Hadoop 项目中的一个子项目,是 Hadoop 集群管理的一个必不可少的模块,它主要用来控制集群中的数据,如它管理 Hadoop 集群中的 NameNode,还有 Hbase 中 Master Election、Server 之间状态同步等。
关于Paxos算法可以查看文章 Zookeeper全解析——Paxos作为灵魂
9、Observer
• Zookeeper需保证高可用和强一致性;
• 为了支持更多的客户端,需要增加更多Server;
• Server增多,投票阶段延迟增大,影响性能;
• 权衡伸缩性和高吞吐率,引入Observer
• Observer不参与投票;
• Observers接受客户端的连接,并将写请求转发给leader节点;
• 加入更多Observer节点,提高伸缩性,同时不影响吞吐率
10、 为什么zookeeper集群的数目,一般为奇数个?
•Leader选举算法采用了Paxos协议;
•Paxos核心思想:当多数Server写成功,则任务数据写成功如果有3个Server,则两个写成功即可;如果有4或5个Server,则三个写成功即可。
•Server数目一般为奇数(3、5、7)如果有3个Server,则最多允许1个Server挂掉;如果有4个Server,则同样最多允许1个Server挂掉由此,
我们看出3台服务器和4台服务器的的容灾能力是一样的,所以为了节省服务器资源,一般我们采用奇数个数,作为服务器部署个数。
11、Zookeeper 的数据模型
12、Zookeeper 的节点