ZooKeeper-李建斌-2012-06-01

[e-mail]2012-05-29-2-Agenda»概述»安装»结构与原理»应用-3-什么是Zookeeper？»Zookeeper是Google的Chubby一个开源的实现，是Hadoop的分布式协调服务»它包含一个简单的原语集，分布式应用程序可以基于它实现同步服务，配置维护和命名服务等-4-什么是Zookeeper？-5-为什么使用Zookeeper？»大部分分布式应用需要一个主控、协调器或控制器来管理物理分布的子进程（如资源、任务分配等）»目前，大部分应用需要开发私有的协调程序，缺乏一个通用的机制»协调程序的反复编写浪费，且难以形成通用、伸缩性好的协调器»ZooKeeper：提供通用的分布式锁服务，用以协调分布式应用-6-Zookeeper能帮我们做什么？»Hadoop,使用Zookeeper的事件处理确保整个集群只有一个NameNode,存储配置信息等.»HBase,使用Zookeeper的事件处理确保整个集群只有一个HMaster,察觉HRegionServer联机和宕机,存储访问控制列表等.-7-Zookeeper的特性»Zookeeper是简单的»Zookeeper是富有表现力的»Zookeeper具有高可用性»Zookeeper采用松耦合交互方式»Zookeeper是一个资源库-8-Zookeeper的安装和配置（单机模式）»下载ZooKeeper：»解压：tarxzfzookeeper-3.4.3.tar.gz»在conf目录下创建一个配置文件zoo.cfg，tickTime=2000dataDir=/Users/zdandljb/zookeeper/datadataLogDir=/Users/zdandljb/zookeeper/dataLogclientPort=2181»启动ZooKeeper的Server：shbin/zkServer.shstart,如果想要关闭，输入：zkServer.shstop-9-Zookeeper的安装和配置（集群模式）»创建myid文件，server1机器的内容为：1，server2机器的内容为：2，server3机器的内容为：3»在conf目录下创建一个配置文件zoo.cfg，tickTime=2000dataDir=/Users/zdandljb/zookeeper/datadataLogDir=/Users/zdandljb/zookeeper/dataLogclientPort=2181initLimit=5syncLimit=2server.1=server1:2888:3888server.2=server2:2888:3888server.3=server3:2888:3888-10-Zookeeper的安装和配置（伪集群模式）»建了3个文件夹，server1server2server3，然后每个文件夹里面解压一个zookeeper的下载包»进入data目录，创建一个myid的文件，里面写入一个数字，server1,就写一个1，server2对应myid文件就写入2，server3对应myid文件就写个3-11-Zookeeper的安装和配置（伪集群模式）»在conf目录下创建一个配置文件zoo.cfg，tickTime=2000dataDir=/Users/zdandljb/zookeeper/datadataLogDir=xxx/zookeeper/server1/clientPort=2181initLimit=5syncLimit=2server.1=server1:2888:3888server.2=server2:2888:3888server.3=server3:2888:3888-12-Zookeeper的数据模型»层次化的目录结构，命名符合常规文件系统规范»每个节点在zookeeper中叫做znode,并且其有一个唯一的路径标识»节点Znode可以包含数据和子节点，但是EPHEMERAL类型的节点不能有子节点»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»客户端应用可以在节点上设置监视器»节点不支持部分读写，而是一次性完整读写-13-Zookeeper的节点»Znode有两种类型，短暂的（ephemeral）和持久的（persistent）»Znode的类型在创建时确定并且之后不能再修改»短暂znode的客户端会话结束时，zookeeper会将该短暂znode删除，短暂znode不可以有子节点»持久znode不依赖于客户端会话，只有当客户端明确要删除该持久znode时才会被删除»Znode有四种形式的目录节点，PERSISTENT、PERSISTENT_SEQUENTIAL、EPHEMERAL、EPHEMERAL_SEQUENTIAL-14-Zookeeper的角色»领导者（leader），负责进行投票的发起和决议，更新系统状态»学习者（learner），包括跟随者（follower）和观察者（observer），follower用于接受客户端请求并想客户端返回结果，在选主过程中参与投票»Observer可以接受客户端连接，将写请求转发给leader，但observer不参加投票过程，只同步leader的状态，observer的目的是为了扩展系统，提高读取速度»客户端（client），请求发起方-15-Zookeeper的角色-16-Zookeeper的顺序号»创建znode时设置顺序标识，znode名称后会附加一个值»顺序号是一个单调递增的计数器，由父节点维护»在分布式系统中，顺序号可以被用于为所有的事件进行全局排序，这样客户端可以通过顺序号推断事件的顺序-17-Zookeeper的读写机制»Zookeeper是一个由多个server组成的集群»一个leader，多个follower»每个server保存一份数据副本»全局数据一致»分布式读写»更新请求转发，由leader实施-18-Zookeeper的保证»更新请求顺序进行，来自同一个client的更新请求按其发送顺序依次执行»数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败»全局唯一数据视图，client无论连接到哪个server，数据视图都是一致的»实时性，在一定事件范围内，client能读到最新数据-19-Zookeeper的API接口»Stringcreate(Stringpath,byte[]data,ListACLacl,CreateModecreateMode)»Statexists(Stringpath,booleanwatch)»voiddelete(Stringpath,intversion)»ListStringgetChildren(Stringpath,booleanwatch)»ListStringgetChildren(Stringpath,booleanwatch)-20-Zookeeper的API接口»StatsetData(Stringpath,byte[]data,intversion)»byte[]getData(Stringpath,booleanwatch,Statstat)»voidaddAuthInfo(Stringscheme,byte[]auth)»StatsetACL(Stringpath,ListACLacl,intversion)»ListACLgetACL(Stringpath,Statstat)-21-观察（watcher）»Watcher在ZooKeeper是一个核心功能，Watcher可以监控目录节点的数据变化以及子目录的变化，一旦这些状态发生变化，服务器就会通知所有设置在这个目录节点上的Watcher，从而每个客户端都很快知道它所关注的目录节点的状态发生变化，而做出相应的反应»可以设置观察的操作：exists,getChildren,getData»可以触发观察的操作：create,delete,setData-22-写操作与zookeeper内部事件的对应关系-23-zookeeper内部事件与watcher的对应关系-24-写操作与watcher的对应关系-25-ACL»每个znode被创建时都会带有一个ACL列表，用于决定谁可以对它执行何种操作-26-ACL»身份验证模式有三种：»digest:用户名，密码»host:通过客户端的主机名来识别客户端»ip：通过客户端的ip来识别客户端»newACL(Perms.READ,newId(host,example.com));这个ACL对应的身份验证模式是host，符合该模式的身份是example.com，权限的组合是：READ-27-Znode的节点状态-28-Zookeeper工作原理»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和广播模式。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的完成了和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。-29-Zookeeper工作原理»一旦leader已经和多数的follower进行了状态同步后，他就可以开始广播消息了，即进入广播状态。这时候当一个server加入zookeeper服务中，它会在恢复模式下启动，发现leader，并和leader进行状态同步。待到同步结束，它也参与消息广播。Zookeeper服务一直维持在Broadcast状态，直到leader崩溃了或者leader失去了大部分的followers支持。-30-Zookeeper工作原理»广播模式需要保证proposal被按顺序处理，因此zk采用了递增的事务id号(zxid)来保证。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为的数字，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。低32位是个递增计数。»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。-31-Leader选举»每个Server启动以后都询问其它的Server它要投票给谁。»对于其他server的询问，server每次根据自己的状态都回复自己推荐的leader的id和上一次处理事务的zxid（系统启动时每个server都会推荐自己）»收到所有Server回复以后，就计算出zxid最大的哪个Server，并将这个Server相关信息设置成下一次要投票的Server。»计算这过程中获得票数最多的的sever为获胜者，如果获胜者的票数超过半数，则改server被选为leader。否则，继续这个过程，直到leader被选举出来。-32-Leader选举»leader就会开始等待server连接»Follower连接leader，将最大的zxid发送给leader»Leader根据follower的zxid确定同步点»完成同步后通知follower已经成为uptodate状态»Follower收到uptodate消息后，又可以重新接受client的请求进行服务了-33-Leader选举-34-Leader选举-35-Zookeeper示例代码-36-Zookeeper示例代码-37-Zookeeper示例代码»输出的