一、Zookeeper 概述

1、Zookeeper 定义

Zookeeper是一个开源的分布式的,为分布式框架提供协调服务的Apache项目。

2、Zookeeper 工作机制

Zookeeper = 文件系统 + 通知机制

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就将负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应。

3、Zookeeper 特点

(1)Zookeeper:一个领导者(Leader),多个跟随者(Follower)组成的集群。

(2)Zookeepe集群中只要有半数以上节点存活,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: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,在一定时间范围内,Client能读到最新数据。

4、Zookeeper 数据结构

ZooKeeper数据模型的结构与Linux文件系统很类似,整体上可以看作是一棵树,每个节点称做一个ZNode。每一个ZNode默认能够存储1MB的数据,每个ZNode都可以通过其路径唯一标识。

5、Zookeeper 应用场景

提供的服务包括:统一命名服务、统一配置管理、统一集群管理、服务器节点动态上下线、软负载均衡等。

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

●统一配置管理
(1)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,希望能够快速同步到各个节点上。
(2)配置管理可交由ZooKeeper实现。可将配置信息写入ZooKeeper上的一个Znode。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。

●统一集群管理
(1)分布式环境中,实时掌握每个节点的状态是必要的。可根据节点实时状态做出一些调整。
(2)ZooKeeper可以实现实时监控节点状态变化。可将节点信息写入ZooKeeper上的一个ZNode。监听这个ZNode可获取它的实时状态变化。

●服务器动态上下线
客户端能实时洞察到服务器上下线的变化。

●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。

6、Zookeeper 选举机制

●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票数一票,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分别投自己一票并交换选票信息:此时服务器1发现服务器2的myid比自己目前投票推举的(服务器1)大,更改选票为推举服务器2。此时服务器1票数0票,服务器2票数2票,没有半数以上结果,选举无法完成,服务器1,2状态保持LOOKING
(3)服务器3启动,发起一次选举。此时服务器1和2都会更改选票为服务器3。此次投票结果:服务器1为0票,服务器2为0票,服务器3为3票。此时服务器3的票数已经超过半数,服务器3当选Leader。服务器1,2更改状态为FOLLOWING,服务器3更改状态为LEADING;
(4)服务器4启动,发起一次选举。此时服务器1,2,3已经不是LOOKING状态,不会更改选票信息。交换选票信息结果:服务器3为3票,服务器4为1票。此时服务器4服从多数,更改选票信息为服务器3,并更改状态为FOLLOWING;
(5)服务器5启动,同4一样当小弟。

●非第一次启动选举机制
(1)当ZooKeeper 集群中的一台服务器出现以下两种情况之一时,就会开始进入Leader选举:
<1>服务器初始化启动。
<2>服务器运行期间无法和Leader保持连接。

(2)而当一台机器进入Leader选举流程时,当前集群也可能会处于以下两种状态:
<1>集群中本来就已经存在一个Leader。
对于已经存在Leader的情况,机器试图去选举Leader时,会被告知当前服务器的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>集群中确实不存在Leader。
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、7,并且此时SID为3的服务器是Leader。某一时刻,3和5服务器出现故障,因此开始进行Leader选举。


选举Leader规则:

1.EPOCH大的直接胜出

2.EPOCH相同,事务id大的胜出

3.事务id(ZXID)相同,服务器id大的胜出

SID 服务器ID 用来唯一标识一台ZooKeeper集群中的机器,每台机器不能重复,和myid一致
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
Epoch 每个Leader任期的代号 每个Leader任期的代号。没有Leader时同一轮投票过程中的逻辑时钟值是相同的。每投完一次票这个数据就会增加
  二、部署 Zookeeper 集群

准备 3 台服务器做 Zookeeper 集群

20.0.0.7

20.0.0.8

20.0.0.9

1、安装前准备

关闭防火墙

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

安装 JDK

java -version  #系统默认已安装
openjdk version "1.8.0_131"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_131-b12)
OpenJDK 64-Bit Server VM (build 25.131-b12, mixed mode)

#未安装的话 执行 yum install -y java-1.8.0-openjdk java-1.8.0-openjdk-devel  安装

//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

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_数据

2、安装 Zookeeper

cd /opt    #传入包
tar
-zxvf apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz mv apache-zookeeper-3.5.7-bin /usr/local/zookeeper-3.5.7

 

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_服务器_02

 

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_客户端_03

 

备份

cd /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_服务器_04

修改配置文件

vim 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/logs   ●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=20.0.0.7:3188:3288
server.2=20.0.0.8:3188:3288
server.3=20.0.0.9:3188:3288

-------------------------------------------------------------------------------------
server.A=B:C:D
●A是一个数字,表示这个是第几号服务器。集群模式下需要在zoo.cfg中dataDir指定的目录下创建一个文件myid,这个文件里面有一个数据就是A的值,
Zookeeper启动时读取此文件,拿到里面的数据与zoo.cfg里面的配置信息比较从而判断到底是哪个server。 ●B是这个服务器的地址。 ●C是这个服务器Follower与集群中的Leader服务器交换信息的端口。 ●D是万一集群中的Leader服务器挂了,需要一个端口来重新进行选举,选出一个新的Leader,而这个端口就是用来执行选举时服务器相互通信的端口。

 

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_数据_05

 

在每个节点上创建数据目录和日志目录

mkdir /usr/local/zookeeper-3.5.7/data
mkdir /usr/local/zookeeper-3.5.7/logs

 

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_zookeeper_06

每个节点的dataDir指定的目录下创建一个 myid 的文件

#(20.0.0.7)
echo 1 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid

#(20.0.0.8)
echo 2 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid

#(20.0.0.9)
echo 3 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_数据_07

 

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_数据_08

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_服务器_09

拷贝配置好的 Zookeeper 配置文件到其他机器上

scp /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/zoo.cfg 192.168.80.11:/usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/
scp /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/zoo.cfg 192.168.80.12:/usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_客户端_10

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_zookeeper_11

配置 Zookeeper 启动脚本(每个节点启动)

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}"
esac

 

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_服务器_12

设置开机自启(每个节点)

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


#拷贝配置好的启动脚本到其他机器上
scp zookeeper 20.0.0.8:/etc/init.d/
scp zookeeper 20.0.0.9:/etc/init.d/

 

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_服务器_13

 

 

分别启动 Zookeeper(每个节点)

#启动服务
service zookeeper start
//查看当前状态 service zookeeper status

 

20.0.0.7

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_apache_14

20.0.0.8

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_服务器_15

 

 

20.0.0.9

Zookeeper 集群 + Kafka 集群_服务器_16