ELK日志分析系统之Zookeeper

一、Zookeeper简介

ZooKeeper是一种为分布式应用所设计的高可用、高性能且一致的开源协调服务，它提供了一项基本服务：分布式锁服务。分布式应用可以基于它实现更高级的服务，实现诸如同步服务、配置维护和集群管理或者命名的服务。

Zookeeper服务自身组成一个集群，2n+1个（奇数）服务允许n个失效，集群内一半以上机器可用，Zookeeper就可用。

假设 3台机器组成的集群，可以有允许一台失效，如果有2台失效，这个集群就不可用，1<1.5，一般的搭建zookeeper集群时，以奇数台机器来搭建。目的：是为了提高容错能允许多损失一台。

二、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就将负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应。

也就是说 Zookeeper =文件系统＋通知机制。

三、zookeeper的特点

Zookeeper：一个领导者（Leader），多个跟随者（Follower）组成的集群。
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。
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。
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。
数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败。
实时性，在一定时间范围内，Client能读到最新数据。

四、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。

五、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
- 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。
- 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
- 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。
- 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。

六、zookeeper选举机制

1、第一次启动选举机制

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；
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
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；
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；
服务器5启动，同4一样当小弟。

2、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

服务器初始化启动。
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：

EPOCH大的直接胜出
EPOCH相同，事务id大的胜出
事务id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。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

七、部署zookeeper集群

官方下载地址：https://archive.apache.org/dist/zookeeper/

1、实验环境准备

IP地址	安装组件	服务器类型
192.168.10.100	zookeeper	zookeeper服务器1
192.168.10.101	zookeeper	zookeeper服务器2
192.168.10.102	zookeeper	zookeeper服务器3

systemctl stop firewalld
setenforce 0

##修改主机名
[root@localhost ~]#hostnamectl set-hostname zk-kfk01
[root@localhost ~]#bash

[root@localhost ~]#hostnamectl set-hostname zk-kfk02
[root@localhost ~]#bash

[root@localhost ~]#hostnamectl set-hostname zk-kfk03
[root@localhost ~]#bash

##修改域名
echo "192.168.10.100 zk-kfk01" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.101 zk-kfk02" >> /etc/hosts
echo "192.168.10.102 zk-kfk03" >> /etc/hosts
cat /etc/hosts

2、安装JDK

##三台虚拟机同时安装jdk
yum install -y java-1.8.0-openjdk java-1.8.0-openjdk-devel
java -version

3、安装zookeeper

[root@zk-kfk01 ~]#cd /opt/
ls
apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz  rh
scp apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz zk-kfk02:/opt/
scp apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz zk-kfk03:/opt/

##三台同时操作
[root@zk-kfk01 opt]#ls
apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz  rh
[root@zk-kfk01 opt]#tar xf apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz 
[root@zk-kfk01 opt]#mv apache-zookeeper-3.5.7-bin /usr/local/zookeeper-3.5.7

4、修改zookeeper配置问价

[root@zk-kfk01 opt]#cd /usr/local/zookeeper-3.5.7/
[root@zk-kfk01 zookeeper-3.5.7]#ls
bin  conf  docs  lib  LICENSE.txt  NOTICE.txt  README.md  README_packaging.txt
[root@zk-kfk01 zookeeper-3.5.7]#cd conf/
[root@zk-kfk01 conf]#ls
configuration.xsl  log4j.properties  zoo_sample.cfg
[root@zk-kfk01 conf]#cp zoo_sample.cfg zoo.cfg 
[root@zk-kfk01 conf]#ls
configuration.xsl  log4j.properties  zoo.cfg  zoo_sample.cfg

[root@zk-kfk01 conf]#vim zoo.cfg 

tickTime=2000
initLimit=10
syncLimit=5
dataDir=/usr/local/zookeeper-3.5.7/data
dataLogDir=/usr/local/zookeeper-3.5.7/logs
clientPort=2181
server.1=192.168.10.100:3188:3288
server.2=192.168.10.101:3188:3288
server.3=192.168.10.102:3188:3288

5、创建数据目录和日志目录（三台机子都需要创建）

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

7、DataDir指定的目录下创建一个 myid 的文件（三台都需要创建）

[root@zk-kfk01 conf]#echo 1 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid
[root@zk-kfk02 conf]#echo 2 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid
[root@zk-kfk03 conf]#echo 3 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid

8、配置Zookeeper启动脚本

[root@zk-kfk01 conf]#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

[root@node1 opt]#chmod  +x /etc/init.d/zookeeper
[root@node1 opt]#chkconfig --add zookeeper
[root@node1 opt]#service zookeeper start  #切记三台机子都配置完脚本再启动

给脚本添加权限

启动zookeeper服务脚本

[root@zk-kfk01 conf]#service zookeeper start 
---------- zookeeper 启动 ------------
/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /usr/local/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Starting zookeeper ... STARTED
[root@zk-kfk01 conf]#service zookeeper status 
---------- zookeeper 状态 ------------
/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /usr/local/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost.
Mode: follower


[root@zk-kfk02 conf]#service zookeeper start 
---------- zookeeper 启动 ------------
/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /usr/local/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Starting zookeeper ... STARTED
[root@zk-kfk02 conf]#service zookeeper status 
---------- zookeeper 状态 ------------
/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /usr/local/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost.
Mode: follower


[root@zk-kfk03 conf]#service zookeeper start 
---------- zookeeper 启动 ------------
/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /usr/local/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Starting zookeeper ... STARTED
[root@zk-kfk03 conf]#service zookeeper status 
---------- zookeeper 状态 ------------
/bin/java
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /usr/local/zookeeper-3.5.7/bin/../conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost.
Mode: leader