【ELFK】之zookeeper

一、Zookeeper是什么？

  • zooleeper是一个分布式服务管理框架。存储业务服务节点元数据及信息，并复制；通知客户端在zookeeper上注册的服务节点状态，通过文件系统+通知机制

1、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就将负责通知已在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应。
     

Zookeeper=文件系统+通知机制

  • 文件系统： 就是将存储的数据通过zookeeper的文件系统进行存储到各个节点上。
  • 通知机制： 当某个节点出现故障，zookeeper会将信息通知到客户端上。

2、Zookeeper服务集群的条件

  • Zookeeper服务自身组成集群，2n+1个（奇数）主机。
  • 在集群中，允许n个主机宕机，只要集群中有一半以上的机器可用，zookeeper集群就可用。

例：

  1. 假如zookeeper为3台机器组成的集群，那么就可以允许失效一台，如果失效了2台，就会导致zookeeper集群不可用。
  2. 所以在搭建zookeeper集群时，主机数需要为奇数。
  3. 奇数的目的：为了提高容错能允许多损失一台。

总结：每个节点服务器都会在zookeeper中进行注册登记，client也获取当前在线服务器的列表，也会在zookeeper上进行注册登记，client在zookeeper集群上存储的数据。都会通过文件系统分布式存储到各个集群节点中，当集群中某个节点出现故障，zookeeper也会通知到client客户端。

3、Zookeper特点

  1. Zookeeper： 一个领导者（Leader），多个跟随者（Follower）组成的集群
  2. Zookeeper集群中只有半数以上节点存储，Zookeeper集群就能正常服务，所以Zookeeper适合安装奇数台服务器。
  3. 全局数据一致性： 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： 在一定范围内，client能读到最新数据
     

总结：zookeeper集群中有一个lleader和多个follower，且zookeeper集群具有数据的一致性、原子性、实时性。且数据更新时按照发送顺序进行更新。

4、Zookeeper数据结构

Zookeeper数据模型的结构与linux文件系统很类似，整体上可以看作时一棵树，每个节点乘坐一个Znode。

每个znode默认能存储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

5.1 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的票数为1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1票，并交换选票信息。

  • 此时服务器1发现服务器2的myid比自己投票的服务器myid要大，所以将票投给服务器2.
  • 此时服务器1有0票，服务器2有2票，不够半数，选举无法完成，服务器1和2都保持looking状态。

3、服务器3启动，发起一次选举。

  • 服务器1和2发现服务器3的myid最大，就将选票信息投给服务器3.
  • 此时服务器1和2都有0票。服务器3有3票，超过半数，服务器3称为leader，服务器1和2更换状态为following。

4、服务器4启动，发起一次选举，此时服务器1，2，3已不是looking状态，不会更改选票信息。

  • 此时服务器3为3票，服务器4为1票，此时服务器服从多数，更改修选票信息为服务器3，并更改状态为following。

5、服务器5启动，情况和4一样，状态为following。

5.2 非第一次启动选举机制

1、当zookeerper集群中一台服务器出现以下两种情况之一时，就会开始进行leader选举。

  • 服务器初始化启动（第一次启动选举机制）
  • 服务器运行期间无法和leader保持连接（不知道leader是否已经产生了，或者leader宕机）

2、当一台及其进入leader选举流程时，当前集群也可以处于以下两种状态。

①集群中本来就已经存储一个leader

  • 对于已存在leader的情况，机器试图去选举时，被会告知当前服务器的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leader宕机了。

  • 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.并且此时SID为3的服务器时leader。
  • 某一时刻，当3和5都出现故障时，因此又重新开始选举。
#选举leader的规则
1、EPOCH大的直接胜出。
2、EPOCH相同，事务ID(ZXID)大的胜出.
3、ZXID相同，服务器ID大的胜出----------------名词解释-----------------------
#1、SID:
服务器ID，用来标识一台Zookeeper集群中的机器，每台机器不能重复，和myid一致。#2、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。#2、Epoch
每个leader任期的代号，没有leader时选举方式跟第一次启动方法相同，每投完一次一票，这个数据就会增加。

5.3 总结

第一次启动选举机制

  • 主要需要看启动顺序，再看他的myid，只要选举票数超过半数，就会选举出一个leader。新加的机器都会指向这个leader。

非第一次启动选举机制

  • 假如存在leader，新加入的机器会获取到leader的信息，然后进行连接。
  • 假如没有leader，会先比较Epoch（任期数），再比较ZXID（事务ID），再比较SID（服务id）。

6、Zookeeper应用场景

提供的服务包括：统一命令服务，统一配置管理，统一集群管理，服务节点动态上下线，软负载均衡等

①统一命令服务

  • 在分布式环境下，经常需要对应用/服务进行统一命令，便于识别，例如：IP不容易记住，而域名容易记住。

②统一配置管理

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，所有节点的配置信息是一致的，比如kafka集群，对配置文件修改后，希望能快速同步到各个节点上。
配置管理可交由Zookeeper实现，可将配置信息写入Zookeeper上的zonde，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。

③统一集群管理

  • 分布式环境中，时实掌握每个节点的状态是必要的，可根据节点时实状态制作出一些调整，
  • zookeeper可以实现时实监控节点状态变化，可将节点信息写入zookeeper上的Znode。监听这个Znode可以获取它的时实状态变化。

④服务动态上下线

  • 客户端能时实洞察到服务器上下线的变化。（是否宕机）

⑤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。

二、Zookeper集群部署

1、环境部署

1.1 实验环境

主机名ip地址安装软件系统版本
node1192.168..247.21apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gzcentos7.5
node2192.168..247.22apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gzcentos7.5
node2192.168..247.23apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gzcentos7.5

1.2 安装前环境

//关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0//安装 JDK
yum install -y java-1.8.0-openjdk java-1.8.0-openjdk-devel
java -version

2.安装 Zookeeper

//下载安装包
官方下载地址：https://archive.apache.org/dist/zookeeper/cd /opt
wget https://archive.apache.org/dist/zookeeper/zookeeper-3.5.7/apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz#或者直接将软件包上传到/opt目录下。tar -zxvf apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz
mv apache-zookeeper-3.5.7-bin /usr/local/zookeeper-3.5.7

2.1 修改Zookeeper配置配置文件

cd /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf
cp zoo_sample.cfg zoo.cfgvim 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-3.5.7/1ogs    
#●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=192.168.247.21:3188:3288
server.2=192.168.247.22:3188:3288
server.3=192.168.247.23:3188:3288mkdir /usr/local/zookeeper-3.5.7/data
mkdir /usr/local/zookeeper-3.5.7/logs

2.2 设置myid号以及启动脚本

到这里就不要设置同步了，下面的操作，做好一台机器一台机器的配置。

echo 1 >/usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid
# node1上配置echo 2 >/usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid
#node2上配置echo 3 >/usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid
#node3上配置#//配置启动脚本，脚本在开启启动执行的目录中创建
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}"
esacchmod +x /etc/init.d/zookeeper
chkconfig --add zookeeperservice zookeeper startservice zookeeper status

三台机器都需要执行脚本

启动node1机器（192.168.247.21）

启动node2机器（192.168.247.22）

启动node3机器（20.0.0.57）

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