Hadoop大數(shù)據(jù)處理技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐（第3版）課件 第8章-Zooeeper 技術(shù)

第8章ZooKeeper技術(shù)ApacheZooKeeper了解分布式協(xié)調(diào)技術(shù)概念理解ZooKeeper的主要概念和特征熟悉ZooKeeper的數(shù)據(jù)模型掌握常用的Shell操作命令掌握搭建ZooKeeper環(huán)境學(xué)習(xí)目標(biāo)28/21/2024參考書(shū)分布式協(xié)調(diào)技術(shù)

分布式協(xié)調(diào)技術(shù)主要用來(lái)解決分布式環(huán)境中多個(gè)進(jìn)程之間的同步控制，讓它們有序地去訪問(wèn)某種臨界資源，防止產(chǎn)生“臟數(shù)據(jù)”。單機(jī)環(huán)境下可以利用簡(jiǎn)單的讀寫(xiě)鎖機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，問(wèn)題放到分布式環(huán)境下就需要分布式鎖，這個(gè)分布式鎖也就是分布式協(xié)調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的核心內(nèi)容。在分布式計(jì)算上，不同的計(jì)算機(jī)透過(guò)信息交換，嘗試達(dá)成共識(shí)；但有時(shí)候，系統(tǒng)上協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)或成員計(jì)算機(jī)可能因系統(tǒng)錯(cuò)誤并交換錯(cuò)的信息，導(dǎo)致影響最終的系統(tǒng)一致性。]）。如在單機(jī)環(huán)境中，進(jìn)程對(duì)一個(gè)資源的獲取要么成功，要么失敗。但在分布式環(huán)境中，對(duì)一個(gè)資源的訪問(wèn)或者一個(gè)服務(wù)的調(diào)用，即使返回失敗消息，但有可能實(shí)際上訪問(wèn)成功或者調(diào)用成功了，也有可能是時(shí)間上不同的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)順序調(diào)用服務(wù)，那么調(diào)用請(qǐng)求一定是按照順序到達(dá)的嗎？這些都涉及網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，所以分布式協(xié)調(diào)遠(yuǎn)比在同一臺(tái)機(jī)器上對(duì)多個(gè)進(jìn)程的調(diào)度要難得多，于是一種通用性好、伸縮性好、高可靠、高可用的協(xié)調(diào)機(jī)制應(yīng)運(yùn)而生——ZooKeeper。48/21/2024概述Zookeeper是Google的Chubby一個(gè)開(kāi)源的實(shí)現(xiàn)，是Hadoop的分布式協(xié)調(diào)服務(wù)它包含一個(gè)簡(jiǎn)單的原語(yǔ)集，分布式應(yīng)用程序可以基于它實(shí)現(xiàn)同步服務(wù)，配置維護(hù)和命名服務(wù)等58/21/2024什么是Zookeeper？8/21/20246為什么使用Zookeeper？78/21/2024大部分分布式應(yīng)用需要一個(gè)主控、協(xié)調(diào)器或控制器來(lái)管理物理分布的子進(jìn)程（如資源、任務(wù)分配等）目前，大部分應(yīng)用需要開(kāi)發(fā)私有的協(xié)調(diào)程序，缺乏一個(gè)通用的機(jī)制協(xié)調(diào)程序的反復(fù)編寫(xiě)浪費(fèi)，且難以形成通用、伸縮性好的協(xié)調(diào)器ZooKeeper：提供通用的分布式鎖服務(wù)，用以協(xié)調(diào)分布式應(yīng)用Zookeeper能幫我們做什么？Hadoop,使用Zookeeper的事件處理確保整個(gè)集群只有一個(gè)NameNode,存儲(chǔ)配置信息等.HBase,使用Zookeeper的事件處理確保整個(gè)集群只有一個(gè)HMaster,察覺(jué)HRegionServer聯(lián)機(jī)和宕機(jī),存儲(chǔ)訪問(wèn)控制列表等.88/21/2024Zookeeper的特性Zookeeper是簡(jiǎn)單的Zookeeper是富有表現(xiàn)力的Zookeeper具有高可用性Zookeeper采用松耦合交互方式Zookeeper是一個(gè)資源庫(kù)8/21/20249Zookeeper的安裝和配置（單機(jī)模式）下載ZooKeeper：/apache-mirror/zookeeper/zookeeper-3.4.3/zookeeper-3.4.3.tar.gz解壓：tarxzfzookeeper-3.4.3.tar.gz在conf目錄下創(chuàng)建一個(gè)配置文件zoo.cfg，tickTime=2000

dataDir=/Users/zdandljb/zookeeper/data

dataLogDir=/Users/zdandljb/zookeeper/dataLog

clientPort=2181啟動(dòng)ZooKeeper的Server：shbin/zkServer.shstart,如果想要關(guān)閉，輸入：zkServer.shstop8/21/202410Zookeeper的安裝和配置118/21/2024創(chuàng)建myid文件，server1機(jī)器的內(nèi)容為：1，server2機(jī)器的內(nèi)容為：2，server3機(jī)器的內(nèi)容為：3在conf目錄下創(chuàng)建一個(gè)配置文件zoo.cfg，tickTime=2000

dataDir=/Users/zdandljb/zookeeper/data

dataLogDir=/Users/zdandljb/zookeeper/dataLogclientPort=2181 initLimit=5 syncLimit=2 server.1=server1:2888:3888 server.2=server2:2888:3888server.3=server3:2888:3888Zookeeper的安裝和配置128/21/2024建了3個(gè)文件夾，server1server2server3，然后每個(gè)文件夾里面解壓一個(gè)zookeeper的下載包進(jìn)入data目錄，創(chuàng)建一個(gè)myid的文件，里面寫(xiě)入一個(gè)數(shù)字，server1,就寫(xiě)一個(gè)1，server2對(duì)應(yīng)myid文件就寫(xiě)入2，server3對(duì)應(yīng)myid文件就寫(xiě)個(gè)3Zookeeper的安裝和配置138/21/2024在conf目錄下創(chuàng)建一個(gè)配置文件zoo.cfg，tickTime=2000

dataDir=/Users/zdandljb/zookeeper/data

dataLogDir=xxx/zookeeper/server1/clientPort=2181 initLimit=5 syncLimit=2 server.1=server1:2888:3888 server.2=server2:2888:3888 server.3=server3:2888:3888Zookeeper的數(shù)據(jù)模型層次化的目錄結(jié)構(gòu)，命名符合常規(guī)文件系統(tǒng)規(guī)范每個(gè)節(jié)點(diǎn)在zookeeper中叫做znode,并且其有一個(gè)唯一的路徑標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)Znode可以包含數(shù)據(jù)和子節(jié)點(diǎn)，但是EPHEMERAL類型的節(jié)點(diǎn)不能有子節(jié)點(diǎn)Znode中的數(shù)據(jù)可以有多個(gè)版本，比如某一個(gè)路徑下存有多個(gè)數(shù)據(jù)版本，那么查詢這個(gè)路徑下的數(shù)據(jù)就需要帶上版本客戶端應(yīng)用可以在節(jié)點(diǎn)上設(shè)置監(jiān)視器節(jié)點(diǎn)不支持部分讀寫(xiě)，而是一次性完整讀寫(xiě)8/21/202414Zookeeper的節(jié)點(diǎn)Znode有兩種類型，短暫的（ephemeral）和持久的（persistent）Znode的類型在創(chuàng)建時(shí)確定并且之后不能再修改短暫znode的客戶端會(huì)話結(jié)束時(shí)，zookeeper會(huì)將該短暫znode刪除，短暫znode不可以有子節(jié)點(diǎn)持久znode不依賴于客戶端會(huì)話，只有當(dāng)客戶端明確要?jiǎng)h除該持久znode時(shí)才會(huì)被刪除Znode有四種形式的目錄節(jié)點(diǎn)，PERSISTENT、PERSISTENT_SEQUENTIAL、EPHEMERAL、EPHEMERAL_SEQUENTIAL8/21/202415Zookeeper的角色領(lǐng)導(dǎo)者（leader），負(fù)責(zé)進(jìn)行投票的發(fā)起和決議，更新系統(tǒng)狀態(tài)學(xué)習(xí)者（learner），包括跟隨者（follower）和觀察者（observer），follower用于接受客戶端請(qǐng)求并想客戶端返回結(jié)果，在選主過(guò)程中參與投票O(jiān)bserver可以接受客戶端連接，將寫(xiě)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給leader，但observer不參加投票過(guò)程，只同步leader的狀態(tài)，observer的目的是為了擴(kuò)展系統(tǒng)，提高讀取速度客戶端（client），請(qǐng)求發(fā)起方8/21/202416Zookeeper的角色8/21/202417Zookeeper的順序號(hào)創(chuàng)建znode時(shí)設(shè)置順序標(biāo)識(shí)，znode名稱后會(huì)附加一個(gè)值順序號(hào)是一個(gè)單調(diào)遞增的計(jì)數(shù)器，由父節(jié)點(diǎn)維護(hù)在分布式系統(tǒng)中，順序號(hào)可以被用于為所有的事件進(jìn)行全局排序，這樣客戶端可以通過(guò)順序號(hào)推斷事件的順序8/21/202418Zookeeper的讀寫(xiě)機(jī)制Zookeeper是一個(gè)由多個(gè)server組成的集群一個(gè)leader，多個(gè)follower每個(gè)server保存一份數(shù)據(jù)副本全局?jǐn)?shù)據(jù)一致分布式讀寫(xiě)更新請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)，由leader實(shí)施8/21/202419Zookeeper的保證更新請(qǐng)求順序進(jìn)行，來(lái)自同一個(gè)client的更新請(qǐng)求按其發(fā)送順序依次執(zhí)行數(shù)據(jù)更新原子性，一次數(shù)據(jù)更新要么成功，要么失敗全局唯一數(shù)據(jù)視圖，client無(wú)論連接到哪個(gè)server，數(shù)據(jù)視圖都是一致的實(shí)時(shí)性，在一定事件范圍內(nèi)，client能讀到最新數(shù)據(jù)8/21/202420Zookeeper的API接口String

create(String

path,byte[]

data,List<ACL>

acl,CreateMode

createMode)Stat

exists(String

path,boolean

watch)voiddelete(String

path,int

version)List<String>getChildren(String

path,boolean

watch)List<String>getChildren(String

path,boolean

watch)8/21/202421Zookeeper的API接口Stat

setData(String

path,byte[]

data,int

version)byte[]getData(String

path,boolean

watch,Stat

stat)voidaddAuthInfo(String

scheme,byte[]

auth)Stat

setACL(String

path,List<ACL>

acl,int

version)List<ACL>getACL(String

path,Stat

stat)8/21/202422觀察（watcher）Watcher在ZooKeeper是一個(gè)核心功能，Watcher可以監(jiān)控目錄節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化以及子目錄的變化，一旦這些狀態(tài)發(fā)生變化，服務(wù)器就會(huì)通知所有設(shè)置在這個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)上的Watcher，從而每個(gè)客戶端都很快知道它所關(guān)注的目錄節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)發(fā)生變化，而做出相應(yīng)的反應(yīng)可以設(shè)置觀察的操作：exists,getChildren,getData可以觸發(fā)觀察的操作：create,delete,setData8/21/202423寫(xiě)操作與zookeeper內(nèi)部事件的對(duì)應(yīng)關(guān)系8/21/202424zookeeper內(nèi)部事件與watcher的對(duì)應(yīng)關(guān)系8/21/202425寫(xiě)操作與watcher的對(duì)應(yīng)關(guān)系8/21/202426ACL每個(gè)znode被創(chuàng)建時(shí)都會(huì)帶有一個(gè)ACL列表，用于決定誰(shuí)可以對(duì)它執(zhí)行何種操作8/21/202427ACL身份驗(yàn)證模式有三種：digest:用戶名，密碼host:通過(guò)客戶端的主機(jī)名來(lái)識(shí)別客戶端ip：

通過(guò)客戶端的ip來(lái)識(shí)別客戶端newACL(Perms.READ,newId("host",""));

這個(gè)ACL對(duì)應(yīng)的身份驗(yàn)證模式是host，符合該模式的

身份是，權(quán)限的組合是：READ8/21/202428Znode的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)8/21/202429Zookeeper工作原理Zookeeper的核心是原子廣播，這個(gè)機(jī)制保證了各個(gè)server之間的同步。實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制的協(xié)議叫做Zab協(xié)議。Zab協(xié)議有兩種模式，它們分別是恢復(fù)模式和廣播模式。當(dāng)服務(wù)啟動(dòng)或者在領(lǐng)導(dǎo)者崩潰后，Zab就進(jìn)入了恢復(fù)模式，當(dāng)領(lǐng)導(dǎo)者被選舉出來(lái)，且大多數(shù)server的完成了和leader的狀態(tài)同步以后，恢復(fù)模式就結(jié)束了。狀態(tài)同步保證了leader和server具有相同的系統(tǒng)狀態(tài)。8/21/202430Zookeeper工作原理一旦leader已經(jīng)和多數(shù)的follower進(jìn)行了狀態(tài)同步后，他就可以開(kāi)始廣播消息了，即進(jìn)入廣播狀態(tài)。這時(shí)候當(dāng)一個(gè)server加入zookeeper服務(wù)中，它會(huì)在恢復(fù)模式下啟動(dòng)，發(fā)現(xiàn)leader，并和leader進(jìn)行狀態(tài)同步。待到同步結(jié)束，它也參與消息廣播。Zookeeper服務(wù)一直維持在Broadcast狀態(tài)，直到leader崩潰了或者leader失去了大部分的followers支持。8/21/202431Zookeeper工作原理廣播模式需要保證proposal被按順序處理，因此zk采用了遞增的事務(wù)id號(hào)(zxid)來(lái)保證。所有的提議(proposal)都在被提出的時(shí)候加上了zxid。實(shí)現(xiàn)中zxid是一個(gè)64為的數(shù)字，它高32位是epoch用來(lái)標(biāo)識(shí)leader關(guān)系是否改變，每次一個(gè)leader被選出來(lái)，它都會(huì)有一個(gè)新的epoch。低32位是個(gè)遞增計(jì)數(shù)。當(dāng)leader崩潰或者leader失去大多數(shù)的follower，這時(shí)候zk進(jìn)入恢復(fù)模式，恢復(fù)模式需要重新選舉出一個(gè)新的leader，讓所有的server都恢復(fù)到一個(gè)正確的狀態(tài)。8/21/202432Leader選舉每個(gè)Server啟動(dòng)以后都詢問(wèn)其它的Server它要投票給誰(shuí)。對(duì)于其他server的詢問(wèn)，server每次根據(jù)自己的狀態(tài)都回復(fù)自己推薦的leader的id和上一次處理事務(wù)的zxid（系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)每個(gè)server都會(huì)推薦自己）收到所有Server回復(fù)以后，就計(jì)算出zxid最大的哪個(gè)Server，并將這個(gè)Server相關(guān)信息設(shè)置成下一次要投票的Server。計(jì)算這過(guò)程中獲得票數(shù)最多的的sever為獲勝者，如果獲勝者的票數(shù)超過(guò)半數(shù)，則改server被選為leader。否則，繼續(xù)這個(gè)過(guò)程，直到leader被選舉出來(lái)。8/21/202433Leader選舉leader就會(huì)開(kāi)始等待server連接Follower連接leader，將最大的zxid發(fā)送給leaderLeader根據(jù)follower的zxid確定同步點(diǎn)完成同步后通知follower已經(jīng)成為uptodate狀態(tài)Follower收到uptodate消息后，又可以重新接受client的請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)了8/21/202434Leader選舉8/21/202435Leader選舉8/21/202436Zookeeper示例代碼8/21/202437Zookeeper示例代碼8/21/202438Zookeeper示例代碼輸出的結(jié)果如下：已經(jīng)觸發(fā)了None事件！testRootData [testChildPathOne]目錄節(jié)點(diǎn)狀態(tài)：[5,5,1281804532336,1281804532336,0,1,0,0,12,1,6]已經(jīng)觸發(fā)了NodeChildrenChanged事件！testChildDataTwo已經(jīng)觸發(fā)了NodeDeleted事件！已經(jīng)觸發(fā)了NodeDeleted事件！8/21/202439應(yīng)用場(chǎng)景1－統(tǒng)一命名服務(wù)分布式應(yīng)用中，通常需要有一套完整的命名規(guī)則，既能夠產(chǎn)生唯一的名稱又便于人識(shí)別和記住，通常情況下用樹(shù)形的名稱結(jié)構(gòu)是一個(gè)理想的選擇，樹(shù)形的名稱結(jié)構(gòu)是一個(gè)有層次的目錄結(jié)構(gòu)，既對(duì)人友好又不會(huì)重復(fù)。NameService是Zookeeper內(nèi)置的功能，只要調(diào)用Zookeeper的API就能實(shí)現(xiàn)8/21/202440應(yīng)用場(chǎng)景2－配置管理配置的管理在分布式應(yīng)用環(huán)境中很常見(jiàn)，例如同一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)需要多臺(tái)PCServer運(yùn)行，但是它們運(yùn)行的應(yīng)用系統(tǒng)的某些配置項(xiàng)是相同的，如果要修改這些相同的配置項(xiàng)，那么就必須同時(shí)修改每臺(tái)運(yùn)行這個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的PCServer，這樣非常麻煩而且容易出錯(cuò)。將配置信息保存在Zookeeper的某個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)中，然后將所有需要修改的應(yīng)用機(jī)器監(jiān)控配置信息的狀態(tài)，一旦配置信息發(fā)生變化，每臺(tái)應(yīng)用機(jī)器就會(huì)收到Zookeeper的通知，然后從Zookeeper獲取新的配置信息應(yīng)用到系統(tǒng)中。8/21/202441應(yīng)用場(chǎng)景2－配置管理8/21/202442應(yīng)用場(chǎng)景3－集群管理Zookeeper能夠很容易的實(shí)現(xiàn)集群管理的功能，如有多臺(tái)Server組成一個(gè)服務(wù)集群，那么必須要一個(gè)“總管”知道當(dāng)前集群中每臺(tái)機(jī)器的服務(wù)狀態(tài)，一旦有機(jī)器不能提供服務(wù)，集群中其它集群必須知道，從而做出調(diào)整重新分配服務(wù)策略。同樣當(dāng)增加集群的服務(wù)能力時(shí)，就會(huì)增加一臺(tái)或多臺(tái)Server，同樣也必須讓“總管”知道。Zookeeper不僅能夠維護(hù)當(dāng)前的集群中機(jī)器的服務(wù)狀態(tài)，而且能夠選出一個(gè)“總管”，讓這個(gè)總管來(lái)管理集群，這就是Zookeeper的另一個(gè)功能LeaderElection。8/21/202443應(yīng)用場(chǎng)景3－集群管理8/21/202444應(yīng)用場(chǎng)景3－集群管理zk.create("/testRootPath/testChildPath1","1".getBytes(),Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);zk.create(“/testRootPath/testChildPath2”,“2”.getBytes(),Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);zk.create("/testRootPath/testChildPath3","3".getBytes(),Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);8/21/202445應(yīng)用場(chǎng)景3－集群管理zk.create("/testRootPath/testChildPath4","4".getBytes(),Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);System.out.println(zk.getChildren("/testRootPath",false));打印結(jié)果：[testChildPath10000000000,testChildPath20000000001,testChildPath40000000003,testChildPath30000000002]8/21/202446應(yīng)用場(chǎng)景3－集群管理規(guī)定編號(hào)最小的為master,所以當(dāng)我們對(duì)SERVERS節(jié)點(diǎn)做監(jiān)控的時(shí)候，得到服務(wù)器列表，只要所有集群機(jī)器邏輯認(rèn)為最小編號(hào)節(jié)點(diǎn)為master，那么master就被選出，而這個(gè)master宕機(jī)的時(shí)候，相應(yīng)的znode會(huì)消失，然后新的服務(wù)器列表就被推送到客戶端，然后每個(gè)節(jié)點(diǎn)邏輯認(rèn)為最小編號(hào)節(jié)點(diǎn)為master，這樣就做到動(dòng)態(tài)master選舉。8/21/202447應(yīng)用場(chǎng)景4－共享鎖共享鎖在同一個(gè)進(jìn)程中很容易實(shí)現(xiàn)，但是在跨進(jìn)程或者在不同Server之間就不好實(shí)現(xiàn)了。Zookeeper卻很容易實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，實(shí)現(xiàn)方式也是需要獲得鎖的Server