Zookeeper

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应用软件

正文

一、Zookeeper介绍

它是一个分布式的、开放源码的分布式应用程序协调服务，是Google的Chubby的一个开源实现。

二、配置zookeeper的日志

zookeeper日志默认生成的zookeeper.log文件会在$ZOOCFGDIR/bin下，并且文件会无限增大，时间久了会严重占用磁盘空间，并且一直处于增长，并没有控制机制，所以要合理的配合zookeeper.out日志输出。

主要修改$ZOOCFGDIR/bin/zkEnv.sh文件。

if ["x${ZOO_LOG_DIR}"="x"]
then
ZOO_LOG_DIR="."
fi
if ["x${ZOO_LOG_DIR}"="x"]
then
ZOO_LOG4J_PROP="INFO,CONSOLE"
fi
修改为
if ["x${ZOO_LOG_DIR}"="x"]
then
ZOO_LOG_DIR="$ZOOBINDIR/../logs"
fi
if ["x${ZOO_LOG_DIR}"="x"]
then
ZOO_LOG4J_PROP="INFO,ROLLINGFILE"
fi

三、zoo.cfg参数说明

参数名

说明

clientPort

客户端连接server的端口，即对外服务端口，一般设置为2181吧。

dataDir

存储快照文件snapshot的目录。默认情况下，事务日志也会存储在这里。建议同时配置参数dataLogDir, 事务日志的写性能直接影响zk性能。

tickTime

ZK中的一个时间单元。ZK中所有时间都是以这个时间单元为基础，进行整数倍配置的。例如，session的最小超时时间是2*tickTime。

dataLogDir

事务日志输出目录。尽量给事务日志的输出配置单独的磁盘或是挂载点，这将极大的提升ZK性能。 

globalOutstandingLimit

最大请求堆积数。默认是1000。ZK运行的时候， 尽管server已经没有空闲来处理更多的客户端请求了，但是还是允许客户端将请求提交到服务器上来，以提高吞吐性能。当然，为了防止Server内存溢出，这个请求堆积数还是需要限制下的。  
(Java system property:zookeeper.globalOutstandingLimit. )

preAllocSize

预先开辟磁盘空间，用于后续写入事务日志。默认是64M，每个事务日志大小就是64M。如果ZK的快照频率较大的话，建议适当减小这个参数。(Java system property:zookeeper.preAllocSize )

snapCount

每进行snapCount次事务日志输出后，触发一次快照(snapshot), 此时，ZK会生成一个snapshot.*文件，同时创建一个新的事务日志文件log.*。默认是100000.（真正的代码实现中，会进行一定的随机数处理，以避免所有服务器在同一时间进行快照而影响性能）(Java system property:zookeeper.snapCount )

traceFile

用于记录所有请求的log，一般调试过程中可以使用，但是生产环境不建议使用，会严重影响性能。(Java system property:? requestTraceFile )

maxClientCnxns

单个客户端与单台服务器之间的连接数的限制，是ip级别的，默认是60，如果设置为0，那么表明不作任何限制。请注意这个限制的使用范围，仅仅是单台客户端机器与单台ZK服务器之间的连接数限制，不是针对指定客户端IP，也不是ZK集群的连接数限制，也不是单台ZK对所有客户端的连接数限制。

clientPortAddress

对于多网卡的机器，可以为每个IP指定不同的监听端口。默认情况是所有IP都监听 clientPort 指定的端口。  New in 3.3.0

minSessionTimeoutmaxSessionTimeout

Session超时时间限制，如果客户端设置的超时时间不在这个范围，那么会被强制设置为最大或最小时间。默认的Session超时时间是在2 *  tickTime ~ 20 * tickTime 这个范围 New in 3.3.0

fsync.warningthresholdms

事务日志输出时，如果调用fsync方法超过指定的超时时间，那么会在日志中输出警告信息。默认是1000ms。(Java system property:  fsync.warningthresholdms )New in 3.3.4

autopurge.purgeInterval

在上文中已经提到，3.4.0及之后版本，ZK提供了自动清理事务日志和快照文件的功能，这个参数指定了清理频率，单位是小时，需要配置一个1或更大的整数，默认是0，表示不开启自动清理功能。(No Java system property)  New in 3.4.0

autopurge.snapRetainCount

这个参数和上面的参数搭配使用，这个参数指定了需要保留的文件数目。默认是保留3个。(No Java system property)  New in 3.4.0

electionAlg

在之前的版本中， 这个参数配置是允许我们选择leader选举算法，但是由于在以后的版本中，只会留下一种“TCP-based version of fast leader election”算法，所以这个参数目前看来没有用了，这里也不详细展开说了。(No Java system property)

initLimit

Follower在启动过程中，会从Leader同步所有最新数据，然后确定自己能够对外服务的起始状态。Leader允许F在 initLimit 时间内完成这个工作。通常情况下，我们不用太在意这个参数的设置。如果ZK集群的数据量确实很大了，F在启动的时候，从Leader上同步数据的时间也会相应变长，因此在这种情况下，有必要适当调大这个参数了。(No Java system property)

syncLimit

在运行过程中，Leader负责与ZK集群中所有机器进行通信，例如通过一些心跳检测机制，来检测机器的存活状态。如果L发出心跳包在syncLimit之后，还没有从F那里收到响应，那么就认为这个F已经不在线了。注意：不要把这个参数设置得过大，否则可能会掩盖一些问题。(No Java system property)

leaderServes

默认情况下，Leader是会接受客户端连接，并提供正常的读写服务。但是，如果你想让Leader专注于集群中机器的协调，那么可以将这个参数设置为no，这样一来，会大大提高写操作的性能。(Java system property: zookeeper. leaderServes )。

server.x=[hostname]:nnnnn[:nnnnn]

这里的x是一个数字，与myid文件中的id是一致的。右边可以配置两个端口，第一个端口用于F和L之间的数据同步和其它通信，第二个端口用于Leader选举过程中投票通信。  
(No Java system property)

group.x=nnnnn[:nnnnn]weight.x=nnnnn

对机器分组和权重设置

cnxTimeout

Leader选举过程中，打开一次连接的超时时间，默认是5s。(Java system property: zookeeper.  cnxTimeout )

zookeeper.DigestAuthenticationProvider
.superDigest

ZK权限设置相关，

skipACL

对所有客户端请求都不作ACL检查。如果之前节点上设置有权限限制，一旦服务器上打开这个开头，那么也将失效。(Java system property:  zookeeper.skipACL )

forceSync

这个参数确定了是否需要在事务日志提交的时候调用 FileChannel .force来保证数据完全同步到磁盘。(Java system property: zookeeper.forceSync )

jute.maxbuffer

每个节点最大数据量，是默认是1M。这个限制必须在server和client端都进行设置才会生效。(Java system property: jute.maxbuffer )

四、Zookeeper文件系统

每个子目录项如NameService都被称为znode，和文件系统一样，我们能自由的增加、删除znode，在一个znode下增加、删除子znode，znode是可以存储数据的。

1、有四种类型的znode：

（1）persistent-持久化目录节点

客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在。

（2）persistent_sequential-持久化顺序编号目录节点

客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在，只是Zookeeper给节点名称进行顺序编号。

（3）ephemeral-临时目录节点

客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除。

（4）ephemeral_sequential-临时顺序编号目录节点

客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除，只是zookeeper给该节点名称进行顺序编号。

客户端注册监听它关心的目录节点，当目录节点发生变化（数据改变、被删除、子目录节点增加删除）时，zookeeper会通知客户端。

五、Zookeeper集群管理

所谓集群管理无在乎两点：是否有机器退出和加入、选举master。

（1）对于第一点，所有机器约定在父目录GroupMembers下创建临时目录节点，然后监听父目录节点的子节点变化消息。一旦有机器挂掉，该机器与zookeeper的连接断开，其所创建的目录节点被删除，所有其他机器都收到通知。新机器加入也是类似的。

（2）对于第二点，只要所有机器所创建的节点是有顺序的，每次选取编号最小的机器作为master就好。

5、Zookeeper分布锁

锁服务可以分为两类：一个是保持独占，另一个是控制时序。

（1）保持独占

我们将zookeeper上的一个znode看作是一把锁，通过createznode的方式来实现。所有客户端都去创建/distribute_lock节点，最终成功创建的那个客户端也即拥有了这把锁。用完删除掉自己创建的distribute_lock节点就释放。

（2）控制时序

/distribute_lock已经预先存在，所有客户端在它下面创建临时顺序编号目录节点，和选master一样，编号最小的获得锁，用完删除，依次方便。

6、Zookeeper队列管理

（1）同步队列，当一个队列的成员都聚齐时，这个队列才可用，否则一直等待所有成员到达。

在约定目录下创建临时目录节点，监听节数目是否是我们要求的数目。

（2）FIFO队列

入列有编号，出列按编号 。

7、分布式与数据复制

（1）写主

对数据的修改提交给指定的节点，读无此限制，可以读取任何一个节点。这种情况下客户端需要对读与写进行区别，俗称读写分离。

（2）写任意

对数据的修改可提交给任意的节点。

对于Zookeeper，它采用的方式是写任意。对于写，随着机器的增多吞吐能力肯定下降（这也是它建立observer的原因）。

8、Zookeeper角色描述

Leader：负责进行投票的发起和决议，更新系统状态。

Follower：用于接收客户端请求并向客户端返回结果，在选主过程中参与投票。

ObServer：可以接收客户端连接，将写请求转发给Leader节点。但不参加投票过程.

9、Zookeeper工作原理

核心是原子广播，这个机制保证了种个Server之间的同步。实现这个机制的协议叫到Zab协议。Zab协议有两种模式，它们分别是恢复模式（选主）和广播模式（同步）。当服务启动或者领导者崩溃后，Zab就进入恢复模式，当领导者被选举出来，且大多数Server完成了和leader的状态同步以后，恢复模式就结束了。

为了保证事务的顺序一致性，Zookeeper采用递增的事务id号（zxid）来标识事务。所有的提议（proposal）都在被提出的时候加上了zxid。实现zxid是一个64位的数字，字高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，标识当前属于那个Leader的统治时期，低32位用于递增计数。

10、选主流程

ZK的选举算法有两种：一种基于basic paxos实现的，别外一种是基于fast paxos算法实现的。系统默认的选举算法为fast paxos

（1）basic paxos

  1. 选举线程由当前Server发起选举的线程担任，其主要功能是对投票进行统计，并选出推荐的Server。
  2. 选举线程首先向所有Server发起一次询问（包括自己）。
  3. 选举线程收到回复后，验证是否是自己发起的询问（验证zxid是否一致），然后获得对方的id（myid），并存储到当前询问对象列表中，最后获取对方提议的leader相关信息（id,zxid），并将这些信息存储到当次选举的投票记录表中。
  4. 收到所有Server回复以后，就计算出zxid最大的那个Server，并将这个Server相关信息设置成下一次要投票的Server。
  5. 线程将当前zxid最大的Server设置 为当前Server要推荐的Leader，如果Server获得n/2+1的Server票数，设置当前推荐的leader为获胜的Server，将根据获胜的Server相关信息设置成自己的状态，否则，继续这个过程，直到leader被选举出来。

（2）fast paxos

  1. 首先所有Server提议自己要成为leader，当其它Server收到提议以后，解决epoch和zxid冲突，并接受对方的提议，然后向对方发送提议完成的消息，重复这个流程，最后一定能选举出Leader。

11、同步流程

选完Leader以后，zk就进入状态同步过程。

（1）Leader等待server连接。

（2）Follower连接leader，将最大的zxid发送给leader。

（3）Leader根据follower的zxid确定同步点。

（4）完成同步后通知follower已经成为uptodate状态。

（5）Follower收到uptodate消息后，又可以重新接受client的请求进行服务了。

12、Leader的工作流程

（1）恢复数据。

（2）维持与Learner的心跳，接收learner(follower,observer)的请求并判断请求类型，根据消息类型，进行不同的处理。

  1. PING，指Learner的心跳信息。
  2. REQUEST，Follower发送的提议消息，包括写请求及同步请求。
  3. ACK，Follower对提议的回复，超过半数的Follower通过，则commit该提议。
  4. REVALIDATE，用来延长session有效时间。

13、Follower的工作流程

ollower的消息循环处理如下几种来自Leader的消息：

（1）PING消息：心跳消息。

（2）PROPOSAL消息：Leader发起的提案，要求Follower投票。

（3）COMMIT消息：服务器端最新一次提案，要求Follower投票。

（4）UPTODATE消息：表示同步完成。

（5）REVALIDATE消息：根据Leader的REVALIDATE结果，关闭revalidate的session还是允许其接受消息。

（6）SYNC消息：返回SYNC结果到客户端，这个消息最初由客户端发起，用来强制得到最新的更新。

14、常用命令

（1）启动ZK服务：bin/zkServer.sh start

（2）查看ZK服务状态： bin/zkServer.sh status

（3）停止ZK服务： bin/zkServer.sh stop

（4）重启ZK服务：bin/zkServer.sh restart

（5）连接服务器：zkCli.sh -server 127.0.0.1:2181

（6）查看根目录： ls /

（7）创建testnode节点，关联字符串“zz” create /zk/testnode "zz"

（8）查看节点内容 get /zk/testnode

（9）设置节点内容 set /zk/testnode abc

（10）删除节点 delete /zk/testnode

使用zkCli.sh连接成功后，输入help之后，屏幕会输出可用的Zookeeper命令。输入quit退出客户端。

15、acl超级用户

总体来说，ZK的节点有5种操作权限：

CREATE、READ、WRITE、DELETE、ADMIN也就是增、删、改、查、管理权限，这5种权限简写为crwda。

delete是指对子节点的删除权限，其它4种权限指对自身节点的操作权限。

使用超级用户模式，可以通过zookeeper的zookeeper.DigestAuthenticationProvider.superDigest参数开启。

在zkServer.sh配置启动参数：

nohup "$JAVA" "-Dzookeeper.log.dir=${ZOO_LOG_DIR}" "-Dzookeeper.root.logger=${ZOO_LOG4J_PROP}" "-Dzookeeper.DigestAuthenticationProvider.superDigest=super:g9oN2HttPfn8MMWJZ2r45Np/LIA=" \

重新启动zookeeper服务

zkServer.sh restart

使用刚才设置的用户名就可以访问任意节点了及操作。

 

提醒，操作完成后，最好把zkServer.sh文件还原了，以免出安全问题。

16、根据用户名密码生成digest

java -cp zookeeper-3.4.6.jar:lib/slf4j-api-1.6.1.jar:lib/slf4j-log4j12-1.6.1.jar:lib/log4j-1.2.16.jar org.apache.zookeeper.server.auth.DigestAuthenticationProvider user:password

17、acl控制

ACL仅针对一个特定的节点，不适用于子节点，例如：如果/app只对ip:172.16.16.1可读，而/app/status是对任何人可读，acl不是递归的。

ACL是由scheme:expression,perms构成，例如：

ip:19.2.0.0./16, READ

（1）zookeeper内置schemas:

  • world：有个唯一的id，anyone,代表所有人。
  • auth：不使用任何id，代表任何已认证的用户
  • digest：用username:password字符串来产生一个MD5串，然后该串被用来作为ACL ID。认证是通过明文发送username:password来进行的，当用在ACL时，表达式为username:base64,base64是password的SHA1接要的编码。
  • ip：使用客户羰的主机IP作为ACL ID，这个ACL表达式的格式为addr/bits，此时addr中的有效们与客户端addr中的有效位进行对比。

（2）权限

  • CREATE：能创建子节点
  • READ：能获取节点数据和列出其子节点
  • WRITE：能设置节点数据
  • DELETE：能删除子节点
  • ADMIN：能设置权限

 

 

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