【分布式系统】注册中心Zookeeper

一.Zookkeeper 概述

1.Zookkeeper 定义

2.Zookkeeper 工作机制

3.Zookkeeper 特点

4.Zookkeeper 数据结构

5.Zookkeeper 应用场景

统一命名服务

统一配置管理

统一集群管理

服务器动态上下线

软负载均衡

6.Zookkeeper 选举机制

第一次启动选举机制

非第一次启动选举机制

二.部署Zookeeper集群

1.安装JDK

2.安装Zookkeeper

3.修改配置文件

4.拷贝配置好的Zookeeper配置文件到其他机器上

5.在每个节点上创建数据目录和日志目录以及myid文件

6.启动Zookeeper

三.总结

1.zookeeper

2.zookeeper选举机制

3.zookeeper端口号总结

一.Zookkeeper 概述

1.Zookkeeper 定义

用来解决分布式应用集群中应用系统的数据一致性问题，也就是让分布式应用集群的每个实例同时

获取到同一份信息的服务

2.Zookkeeper 工作机制

Zookeeper = 注册中心+文件系统 + 通知机制

用于注册各种分布式应用，存储和管理这些分布式应用的元数据，如果应用数据或服务状态发生变

化就会通知分布式应用集群中的其它实例

3.Zookkeeper 特点

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

4.Zookkeeper 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.Zookkeeper 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。

6.Zookkeeper 选举机制

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

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

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

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

二.部署Zookeeper集群

准备 3 台服务器做 Zookeeper 集群

192.168.80.106

192.168.80.107

192.168.80.108

###关闭和禁止防火墙开机自启功能
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

1.安装JDK

yum install -y java-1.8.0*
java -version

2.安装Zookkeeper

192.168.80.106服务器

cd /opt
tar -zxvf apache-zookeeper-3.6.4-bin.tar.gz
mv apache-zookeeper-3.6.4-bin /usr/local/zookeeper

3.修改配置文件

192.168.80.106服务器

cd /usr/local/zookeeper/conf
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg
 
 
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/data      ● 12行修改，指定保存Zookeeper中的数据的目录，目录需要单独创建
dataLogDir=/usr/local/zookeeper/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=192.168.80.106:3188:3288
server.2=192.168.80.107:3188:3288
server.3=192.168.80.108:3188:3288
 
-------------------------------------------------------------------------------------
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。
-------------------------------------------------------------------------------------
 
 
 
cd /usr/local/zookeeper
mkdir data logs
echo 1 > data/myid

4.拷贝配置好的Zookeeper配置文件到其他机器上

scp -r zookeeper/ 192.168.80.107:/usr/local/
scp -r zookeeper/ 192.168.80.108:/usr/local/

5.在每个节点上创建数据目录和日志目录以及myid文件

192.168.80.107服务器
cd /usr/local/zookeeper
echo 2 > data/myid
 
192.168.80.108服务器
cd /usr/local/zookeeper
echo 3 > data/myid

6.启动Zookeeper

三台服务器同样操作

cd /usr/local/zookeeper/bin
./zkServer.sh start
netstat -lntp | grep 2181

本实验中zookeeper启动顺序：192.168.80.106>192.168.80.107>192.168.80.108

查看各服务器zookeeper状态

./zkServer.sh status

三.总结

1.zookeeper

zookeeper 分布式系统管理框架

相当于各种分布式应用服务的：注册中心+文件系统+通知机制

本质：用于注册各种分布式应用，存储和管理各种分布式应用服务的元数据，如果应用服务状态发

生改变会通知客户端

2.zookeeper选举机制

第一次选举机制

比较服务器节点的myid，谁myid大就获取比它小的服务器节点的选票，当选票超过节点服务器数

量的半数则当选为leader，其他节点为follower 即使后面再有其他myid更大的节点加入到集群，也

不会影响之前的选举结果

非第一次选举机制

如果非leader节点故障，替换的新节点继续当follower，与leader对接并同步数据
如果是leader节点故障，则需要重新选举新leader，先比较每个节点的Epoch（参加选举的参数），选最大的当leader
若Epoch有相同的节点，则再比较ZXID（写操作的事务id），选ZXID最大的当leader
若ZXID也有相同的节点，则在比较SID（等同于myid），选SID最大的当leader

3.zookeeper端口号总结

2181 #zookeeper默认使用的端口号
2888 #zookeeper服务之间通信的端口，集群内机器通讯使用（Leader监听此端口）
3888 #zookeeper与其他应用程序通信的端口，选举leader使用