Zookeeper 概述

Zookeeper 定義

Zookeeper是一個開源的分散式的，為分散式框架提供協調服務的Apache專案，儲存著一些分散式叢集的元資料。

Zookeeper 工作機制

Zookeeper從設計模式角度來理解∶是一個基於觀察者模式設計的分散式服務管理框架，它負責儲存和管理群集的狀態資訊及元資料，然後接受觀察者的註冊，一旦這些資料的狀態發生變化，Zookeeper就將負責通知已經在Zookeeper上註冊的那些觀察者某些主機發生宕機或其他狀況，從而提醒觀察者做出相應的反應。

也就是說Zookeeper = 檔案系統 + 通知機制

Zookeeper 特點

（1）Zookeeper∶一個領導者（Leader），多個跟隨者（Follower）組成的叢集。

（2）Zookeepe叢集中只要有半數以上節點存活，Zookeeper叢集就能正常服務。所以Zookeeper適合安裝奇數臺伺服器。

（3）全域性資料一致∶每個Server儲存一份相同的資料副本，Client無論連線到哪個Server，資料都是一致的。

（4）更新請求順序執行，來自同一個Client的更新請求按其傳送順序依次執行，即先進先出。

（5）資料更新原子性，一次資料更新要麼成功，要麼失敗。

（6）實時性，在一定時間範圍內，Client能讀到最新資料。

Zookeeper 資料結構

ZooKeeper資料模型的結構與Linux檔案系統很類似，整體上可以看作是一棵樹，每個節點稱做一個ZNode

Zookeeper應用場景

提供的服務包括∶統一命名服務、統一配置管理、統一叢集管理、伺服器節點動態上下線、軟負載均衡等。

●統一命名服務

在分散式環境下，經常需要對應用/服務進行統一命名，便於識別。例如∶IP不容易記住，而域名容易記住。

●統一配置管理

（1）分散式環境下，配置檔案同步非常常見。一般要求一個叢集中，所有節點的西置資訊是一致的，比如Kafka叢集。對西置檔案修改後，希望能夠快速同步到各個節點上。

（2）配置管理可交由ZooKeeper實現。可將配置資訊寫入ZooKeeper上的一個Znode。各個客戶端伺服器監聽這個Znode。一旦Znode中的資料被修改，ZooKeeper將通知各個客戶端伺服器。

●統一叢集管理

（1）分散式環境中， 實時掌握每個節點的狀態是必要的。可根據節點實時狀態做出一些調整。

（2）ZooKeeper可以實現實時監控節點狀態變化。可將節點資訊寫入ZooKeeper上的一個ZNode。監聽這個ZNode可獲取它的實時狀態變化。

●伺服器動態上下線

客戶端能實時洞察到伺服器上下線的變化。

●軟負載均衡

在Zookeeper中記錄每臺伺服器的訪問數，讓訪問數最少的伺服器去處理最新的客戶端請求。

Zookeeper 選舉機制

●第一次啟動選舉機制

（1）伺服器1啟動，發起一次選舉。伺服器1投自己一票。此時伺服器1票數一票，不夠半數以上（3票），選舉無法完成，伺服器1狀態保持為LOOKING;

（2）伺服器2啟動，再發起一次選舉。伺服器1和2分別投自己一票並交換選票資訊∶此時伺服器1發現伺服器2的myid（預先設定的值）比自己目前投票推舉的（伺服器1）大，更改選票為推舉伺服器2。此時伺服器1票數0票，伺服器2票數2票，沒有半數以上結果，選舉無法完成，伺服器1，2狀態保持LOOKING

（3）伺服器3啟動，發起一次選舉。此時伺服器1和2都會更改選票為伺服器3。此次投票結果，伺服器1為0票，伺服器2為0票，伺服器3為3 票。此時伺服器3的票數已經超過半數，伺服器3當選Leader。伺服器1，2更改狀態為FOLLOWING，伺服器3更改狀態為LEADING;

（4）伺服器4啟動，發起一次選舉。此時伺服器1，2，3已經不是T0OKTNG狀態，不會更改選票資訊。交換選票資訊結果∶伺服器3為3票，伺服器4為1票。此時伺服器4服從多數，更改選票資訊為伺服器3，並更改狀態為FOLLOWING

（5）伺服器5啟動，同4一樣當小弟。

●非第一次啟動選舉機制

（1）當ZooKeeper叢集中的一臺伺服器出現以下兩種情況之一時，就會開始進入Leader選舉

1）伺服器初始化啟動。

2）伺服器執行期間無法和Leader保持連線。

（2）而當一臺機器進入Leader選舉流程時，當前叢集也可能會處於以下兩種狀態

1）叢集中本來就已經存在一個Leader。

對於已經存在Leader的情況，機器試圖去選舉Leader時，會被告知當前伺服器的Leader資訊，對於該機器來說，僅僅需要和Leader機器建立連線，並進行狀態同步即可。

2）叢集中確實不存在Leader

假設ZooKeeper由5臺伺服器組成，SID分別為1、2、3、4、5，ZXID分別為8、8、8、7、7，並且此時SID為3的伺服器是Leader。某一時刻，3和5伺服器出現故障，因此開始進行Leader選舉。

選舉新Leader規則∶

1.EPOCH大的直接勝出

2.EPOCH相同，事務id大的勝出

3.事務id相同，伺服器主d大的勝出

SID∶伺服器ID。用來唯一標識一臺ZooKeeper叢集中的機器，每臺機器不能重複，和myid一致。

ZXID∶事務ID。ZXID是一個事務ID，用來標識一次伺服器狀態的變更。在某一時刻，叢集中的每臺機器的ZXID值不一定完全一致，這和ZooKeeper伺服器對於客戶端"更新請求"的處理邏輯速度有關，相當於相同時間內伺服器處理事務的數量對比，與伺服器的效能有關。

Epoch∶每個Leader任期的代號。沒有Leader時同一輪投票過程中的邏輯時鐘值是相同的。每投完一次票這個資料就會增加，簡單來參加選舉的Follower伺服器經歷過多少次的選舉，經歷選舉次數多的，資歷老的伺服器直接當選新的Leader

部署 Zookeeper叢集

準備 3 臺伺服器做 Zookeeper 叢集

192.168.150.5

192.168.150.10

192.168.150.15

1.安裝前準備

#關閉防火牆

systemctl stop firewalld

systemctl disable firewalld

setenforce 0

java -version

#如果沒有JDK手動安裝

yum install -yjava-1.8.0-openjdk java-1.8.0-openjdk-devel

#下載安裝包

官方下載地址：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.在每個節點安裝 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

#修改配置檔案

cd /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg                         #根據模板複製一個配置檔案
vim zoo.cfg
tickTime=2000                                     #通訊心跳時間，Zookeeper伺服器與客戶端心跳時間，單位毫秒
initLimit=10                                      #Leader和Follower初始連線時能容忍的最多心跳數（tickTime的數量），這裡表示為10*2s
syncLimit=5                                       #Leader和Follower之間同步通訊的超時時間，這裡表示如果超過5*2s，Leader認為Follwer死掉，並從伺服器列表中刪除Follwer
dataDir=/usr/local/zookeeper-3.5.7/data           #修改，指定儲存Zookeeper中的資料的目錄，目錄需要單獨建立
dataLogDir=/usr/local/zookeeper-3.5.7/logs        #新增，指定存放日誌的目錄，目錄需要單獨建立
clientPort=2181                                   #客戶端連線埠
#在末行新增叢集資訊
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是一個數字，表示這個是第幾號伺服器。叢集模式下需要在zoo.cfg中dataDir指定的目錄下建立一個檔案myid，這個檔案甲面有一一個數據就是A的值，Zookeeper啟動時讀取此檔案，拿到裡面的資料與zoo.cfg裡面的配置資訊比較從而判斷到底是哪個server。

●B是這個伺服器的地址。

●C是這個伺服器Follower與叢集中的Leader伺服器交換資訊的埠，第一次選舉的埠。

●D是萬一叢集中的Leader伺服器掛了，需要一個埠來重新進行選舉，選出一個新的Leader，而這個埠就是用來執行選舉時伺服器相互通訊的埠，非第一次選舉的埠。

3. 在每個節點上建立資料目錄和日誌目錄

mkdir /usr/local/zookeeper-3.5.7/data

mkdir /usr/local/zookeeper-3.5.7/logs

4. 可以直接將配置好Zookeeper資料檔案直接傳送到其他機器上

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. 各節點分別建立myid的檔案

#192.168.150.5主機

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

#192.168.150.10主機

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

#192.168.150.15主機

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

6. 啟動zookeeper或者編寫一個啟動指令碼加入系統管理

#使用自帶命令管理zookeeper

/usr/local/zookeeper-3.5.7/bin/zkServer.sh start #啟動zookeeper服務

/usr/local/zookeeper-3.5.7/bin/zkServer.sh status #檢視伺服器狀態，如果三臺，啟動第二臺則會顯示

#/usr/local/zookeeper-3.5.7/bin/zkServer.sh start-foreground#如果報錯該命令可以檢視報錯日誌

#編寫一個shell指令碼加入系統管理

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啟動-----"
$ZK_HOME/bin/zkServer.sh start
;;

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

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

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

#加入系統使用service命令管理

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